JP3012878B2 - 流体レベルセンサー - Google Patents
流体レベルセンサーInfo
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- JP3012878B2 JP3012878B2 JP2002399A JP239990A JP3012878B2 JP 3012878 B2 JP3012878 B2 JP 3012878B2 JP 2002399 A JP2002399 A JP 2002399A JP 239990 A JP239990 A JP 239990A JP 3012878 B2 JP3012878 B2 JP 3012878B2
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- float
- fluid level
- mounting
- hall effect
- spring
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/0038—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm using buoyant probes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Level Indicators Using A Float (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体レベルを測定する装置に関し、特に危
険な環境条件で流体レベルを測定する装置に関する。
険な環境条件で流体レベルを測定する装置に関する。
［従来の技術］ 従来の流体感知装置は、レバーアームの端部に取り付
けられたフロートを有し、このフロートは流体のレベル
の変化に伴って動く。該アームは、流体のレベルの変化
に伴って該フロートが移動する時、可変電気出力を提供
するポテンショメータに接続されている。しかし、この
様な装置は、例えばガソリンやディーゼルの液位を図る
センサー等の危険な環境では一般に有利ではない。ポテ
ンショメータ中で小さな電弧が飛んだり、或いはポテン
ショメータ自体の故障に起因して火花が発生し、タンク
内の混合気に火が付いて爆発や火事が生じる可能性があ
る。
けられたフロートを有し、このフロートは流体のレベル
の変化に伴って動く。該アームは、流体のレベルの変化
に伴って該フロートが移動する時、可変電気出力を提供
するポテンショメータに接続されている。しかし、この
様な装置は、例えばガソリンやディーゼルの液位を図る
センサー等の危険な環境では一般に有利ではない。ポテ
ンショメータ中で小さな電弧が飛んだり、或いはポテン
ショメータ自体の故障に起因して火花が発生し、タンク
内の混合気に火が付いて爆発や火事が生じる可能性があ
る。
この様な問題を避けるために、最近の流体レベルセン
サーは、磁石を取り付けたフロートを利用し、このフロ
ートはホール効果素子（Hall effect device）を通過し
て移動する様に配置されており、この素子は、流体レベ
ルが該磁石が該ホール効果素子を作動させる様なレベル
となった時に電気信号を出力する。
サーは、磁石を取り付けたフロートを利用し、このフロ
ートはホール効果素子（Hall effect device）を通過し
て移動する様に配置されており、この素子は、流体レベ
ルが該磁石が該ホール効果素子を作動させる様なレベル
となった時に電気信号を出力する。
この様なシステムには欠点がある。すなわち、磁石を
ホール効果素子の付近に配置するために、フロートの運
動をケース内に制限する必要があり、その結果として、
フロートがケース内で引っ掛って動かなくなり、流体レ
ベルを正確に示さなくなることが時折ある。この様な引
っ掛りが起きなくなるように隙間を小さくすると、流体
中の粒子その他の破片がフロートをケース内で引っ掛ら
せることがある。また、単一のフロートレベル示度（燃
料レベルがホール効果素子の位置より高いか低いか）以
上の示度を提供するには、複数のホール効果素子を設け
る必要があるが、これは本質的にディジタル的流体レベ
ル読出を提供するものである。
ホール効果素子の付近に配置するために、フロートの運
動をケース内に制限する必要があり、その結果として、
フロートがケース内で引っ掛って動かなくなり、流体レ
ベルを正確に示さなくなることが時折ある。この様な引
っ掛りが起きなくなるように隙間を小さくすると、流体
中の粒子その他の破片がフロートをケース内で引っ掛ら
せることがある。また、単一のフロートレベル示度（燃
料レベルがホール効果素子の位置より高いか低いか）以
上の示度を提供するには、複数のホール効果素子を設け
る必要があるが、これは本質的にディジタル的流体レベ
ル読出を提供するものである。
ある場合には、フロートは、測定容器内で自由に浮動
する代わりに枢動するように装置される。フロート取付
け方法がどの様な方法であっても、フロートはピボット
アームでのある程度の付着摩擦とヒステリシスに常に曝
される。これが装置の精度に影響を及ぼすとともに、流
体レベルセンサーから正確な出力が得られるようにする
ためにフロートが流体レベルの全範囲を移動し得るよう
に装置が充分に大きくならなければならない。また、測
定範囲を変更するためには、所望の長さにわたって測定
出力が得られる様にフロートの移動行程の長さを変えな
ければならない。そのために、一般にはピボットアーム
またはフロートを束縛する容器（自由浮動型流体レベル
センサーの場合）の長さを変更する再設計が必要となる
が、これは大幅な設計変更である。
する代わりに枢動するように装置される。フロート取付
け方法がどの様な方法であっても、フロートはピボット
アームでのある程度の付着摩擦とヒステリシスに常に曝
される。これが装置の精度に影響を及ぼすとともに、流
体レベルセンサーから正確な出力が得られるようにする
ためにフロートが流体レベルの全範囲を移動し得るよう
に装置が充分に大きくならなければならない。また、測
定範囲を変更するためには、所望の長さにわたって測定
出力が得られる様にフロートの移動行程の長さを変えな
ければならない。そのために、一般にはピボットアーム
またはフロートを束縛する容器（自由浮動型流体レベル
センサーの場合）の長さを変更する再設計が必要となる
が、これは大幅な設計変更である。
更に、前記のディジタル出力装置は多数のホール効果
素子と、フロートに取り付けられている磁石の位置を決
定するために個々のホール効果素子を何らかの態様で順
次に走査する適当な電子回路とを必要とする。一般に、
磁石はフロートの側部に配置されていて、垂直に配列さ
れたホール素子の列の付近を通過する。この様な磁石取
り付け方法は、フロートの周囲を流れる流体に含まれる
鉄粒子により磁石およびホール素子が汚染される。
素子と、フロートに取り付けられている磁石の位置を決
定するために個々のホール効果素子を何らかの態様で順
次に走査する適当な電子回路とを必要とする。一般に、
磁石はフロートの側部に配置されていて、垂直に配列さ
れたホール素子の列の付近を通過する。この様な磁石取
り付け方法は、フロートの周囲を流れる流体に含まれる
鉄粒子により磁石およびホール素子が汚染される。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、フロートおよびフロート支持体の付
着摩擦およびヒステリシスの無い流体レベルセンサーを
提供することである。
着摩擦およびヒステリシスの無い流体レベルセンサーを
提供することである。
本発明の他の目的は、フロートおよび外側管の摩耗の
無い流体レベルセンサーを提供することである。
無い流体レベルセンサーを提供することである。
本発明の他の目的は、流体中の破片による引っ掛りに
対して抵抗性のある流体レベルセンサーを提供すること
である。
対して抵抗性のある流体レベルセンサーを提供すること
である。
本発明の他の目的は、単一のホール効果素子により流
体レベルを示すアナログ電気出力を提供することであ
る。
体レベルを示すアナログ電気出力を提供することであ
る。
本発明の更に他の目的は、鉄粒子による汚染を防止す
るために、流体レベルセンサー中の流体が感知磁石に達
することを防止することである。
るために、流体レベルセンサー中の流体が感知磁石に達
することを防止することである。
［課題を解決するための手段］ 上記目的およびその他の目的は、本発明により、取付
け管内の長手方向フロート管を利用することにより達成
される。このフロート管は、フロートの各端部を取付け
管のそれぞれの端部に連結する懸架スプリングで該取付
け管に取り付けられる。該スプリングは、該取付け管の
半径方向には割合に剛直で長手方向には割合に柔軟であ
る。これにより、フロートを該取付け管の壁に接触はさ
せずに近接させるように、該管の長手方向に極めて容易
に移動させることができる。
け管内の長手方向フロート管を利用することにより達成
される。このフロート管は、フロートの各端部を取付け
管のそれぞれの端部に連結する懸架スプリングで該取付
け管に取り付けられる。該スプリングは、該取付け管の
半径方向には割合に剛直で長手方向には割合に柔軟であ
る。これにより、フロートを該取付け管の壁に接触はさ
せずに近接させるように、該管の長手方向に極めて容易
に移動させることができる。
磁石がフロートの上部に取り付けられ、取付け管に対
する該磁石の相対位置の電気的示度は、該管の頂部に配
置されたホール効果素子から得れる。流体レベルが完全
にフロートより低いときには、該スプリングはフロート
を完全に支持して、該ホール効果素子を介して低レベル
読出値を提供する。流体が該管を満たして流体レベルが
上がっていゆくと、フロートの重さの流体に支えられる
割合が増してゆき、従って、該スプリングはその中立位
置へ向かって上方に歪むことができるようになる。該流
体レベルセンサーが半分満たされたとき、浮力はフロー
トの重さ全部を支え、スプリングは中立位置にあり、磁
石は頂上または満杯位置に対する途中にある。流体がも
っと該流体センサーの中に入ってゆくと、フロートは、
それ自体の重さより大きな浮力を生じさせて、満杯流体
レベルに達して最大撓みとなるまでスプリングを上方に
撓ませる。
する該磁石の相対位置の電気的示度は、該管の頂部に配
置されたホール効果素子から得れる。流体レベルが完全
にフロートより低いときには、該スプリングはフロート
を完全に支持して、該ホール効果素子を介して低レベル
読出値を提供する。流体が該管を満たして流体レベルが
上がっていゆくと、フロートの重さの流体に支えられる
割合が増してゆき、従って、該スプリングはその中立位
置へ向かって上方に歪むことができるようになる。該流
体レベルセンサーが半分満たされたとき、浮力はフロー
トの重さ全部を支え、スプリングは中立位置にあり、磁
石は頂上または満杯位置に対する途中にある。流体がも
っと該流体センサーの中に入ってゆくと、フロートは、
それ自体の重さより大きな浮力を生じさせて、満杯流体
レベルに達して最大撓みとなるまでスプリングを上方に
撓ませる。
好適な実施例では、スプリングは内側および外側リン
グ部分と、この内側リングおよび外側リングを連結する
３つの螺旋形アームとを有する。内側リングおよび外側
リングは、スプリングを非磁性フロートおよび非磁性取
付け管にそれぞれ取り付けるのに使われる。
グ部分と、この内側リングおよび外側リングを連結する
３つの螺旋形アームとを有する。内側リングおよび外側
リングは、スプリングを非磁性フロートおよび非磁性取
付け管にそれぞれ取り付けるのに使われる。
更に好適な実施例では、フロートの両端に磁石が取り
付けられ、ホール効果素子が取付け管の両端に配置され
る。出力は、線形の出力を発する差動増幅器に供給され
る。
付けられ、ホール効果素子が取付け管の両端に配置され
る。出力は、線形の出力を発する差動増幅器に供給され
る。
本発明のこれらの目的、利点、ならびにその他の目的
および利点は、以下の記述、特許請求の範囲の欄および
添付図面から一層明らかとなろう。
および利点は、以下の記述、特許請求の範囲の欄および
添付図面から一層明らかとなろう。
［実施例］ 第１図は流体レベルセンサーの全体を示す横断面図で
あり、これについて詳しく説明する。取付け管10は、好
適な実施例においては円筒形であり、該センサーが使用
される流体に対して抵抗性を持たせるために適当な非磁
性材料で作られている。正の浮力を持ったセンサーフロ
ート12（その重さは、該フロートが排除する流体の重さ
よりは小さい）は、同様の非磁性材料で作られており、
その一端部には磁石14が取り付けられている。取付け管
10の上端部には、内周にねじ山の設けられている部分が
あり、これにねじ付支持体18が螺合されており、その上
にホール効果素子（Hall effect device）20が配置され
ている。ホール効果素子20は磁石14と共同して、流体レ
ベル感知範囲に亙る流体レベルを示す電気出力を提供す
る近接検出手段を構成している。
あり、これについて詳しく説明する。取付け管10は、好
適な実施例においては円筒形であり、該センサーが使用
される流体に対して抵抗性を持たせるために適当な非磁
性材料で作られている。正の浮力を持ったセンサーフロ
ート12（その重さは、該フロートが排除する流体の重さ
よりは小さい）は、同様の非磁性材料で作られており、
その一端部には磁石14が取り付けられている。取付け管
10の上端部には、内周にねじ山の設けられている部分が
あり、これにねじ付支持体18が螺合されており、その上
にホール効果素子（Hall effect device）20が配置され
ている。ホール効果素子20は磁石14と共同して、流体レ
ベル感知範囲に亙る流体レベルを示す電気出力を提供す
る近接検出手段を構成している。
フロート12は、スプリング懸架手段（この場合には上
側スプリング22および下側スプリング24）により第１
（下側）位置と第２（上側）位置との間を移動するよう
に配置されている。このスプリングは、取付け管内での
フロートの縦方向運動を許すが横方向または半径方向の
運動に抵抗する様な構造を持っていれば、どの用なスプ
リングでも良い。よって、スプリング懸架システム（手
段）は、フロートを取付け管内に位置させるが、センサ
ーの動作を劣化させて付着摩擦および／またはヒステリ
シスを生じさせる可能性のあるフロートと取付け管との
接触を防止する。
側スプリング22および下側スプリング24）により第１
（下側）位置と第２（上側）位置との間を移動するよう
に配置されている。このスプリングは、取付け管内での
フロートの縦方向運動を許すが横方向または半径方向の
運動に抵抗する様な構造を持っていれば、どの用なスプ
リングでも良い。よって、スプリング懸架システム（手
段）は、フロートを取付け管内に位置させるが、センサ
ーの動作を劣化させて付着摩擦および／またはヒステリ
シスを生じさせる可能性のあるフロートと取付け管との
接触を防止する。
好適な実施例では、スプリングは、厚みが0.005イン
チ（フロートの縦方向）で幅が0.45インチ（円筒型取付
け管の半径方向）の薄いベリリウム銅合金層を備える。
このスプリングの好適な実施例は第２図および第３図に
示されており、同図において、スプリング22は、スプリ
ング懸架システムに使われる両スプリングの一方を表す
ものとして描かれている。このスプリングの好適な実施
例は、内側リング部分26と、外側リング部分28と、螺旋
形連結アーム30とを含む。第３図において、スプリング
は上記の如くに縦方向よりも半径方向に大きな寸法を持
っていて、軸方向または縦方向よりも横方向にはるかに
大きな剛性を持っている。
チ（フロートの縦方向）で幅が0.45インチ（円筒型取付
け管の半径方向）の薄いベリリウム銅合金層を備える。
このスプリングの好適な実施例は第２図および第３図に
示されており、同図において、スプリング22は、スプリ
ング懸架システムに使われる両スプリングの一方を表す
ものとして描かれている。このスプリングの好適な実施
例は、内側リング部分26と、外側リング部分28と、螺旋
形連結アーム30とを含む。第３図において、スプリング
は上記の如くに縦方向よりも半径方向に大きな寸法を持
っていて、軸方向または縦方向よりも横方向にはるかに
大きな剛性を持っている。
流体レベルセンサーの好適な実施例においては、取付
け管は、該管の上側端部および下側端部に上側スプリン
グ取付け凹部32および下側スプリング取付け凹部34をそ
れぞれ持っている。上側スプリングおよび下側スプリン
グの各々の外側リング部分は、それぞれ、上側スプリン
グ取付け凹部32および下側スプリング取付け凹部34に配
置されている。上側スプリングは、外側リング部分をそ
れ自身と取付け管凹部との間に圧縮するカラー36により
取付け凹部内の所定位置に維持される。カラー36は接
着、超音波溶接またはその他の適当な手段により定位置
に維持される。下側スプリング24は底カバー38により下
側スプリング取付け凹部34内の位置に維持され、該カバ
ー38も接着、超音波溶接等により定位置に固定される。
け管は、該管の上側端部および下側端部に上側スプリン
グ取付け凹部32および下側スプリング取付け凹部34をそ
れぞれ持っている。上側スプリングおよび下側スプリン
グの各々の外側リング部分は、それぞれ、上側スプリン
グ取付け凹部32および下側スプリング取付け凹部34に配
置されている。上側スプリングは、外側リング部分をそ
れ自身と取付け管凹部との間に圧縮するカラー36により
取付け凹部内の所定位置に維持される。カラー36は接
着、超音波溶接またはその他の適当な手段により定位置
に維持される。下側スプリング24は底カバー38により下
側スプリング取付け凹部34内の位置に維持され、該カバ
ー38も接着、超音波溶接等により定位置に固定される。
センサーフロート12は、その上側部分および下側部分
に、それぞれ上側フロート取付け凹部33および下側フロ
ート取付け凹部35を有し、その中に上側および下側の内
側リング部分26が配置されている。内側リング部分は上
側および下側のフロートカラー37および39により定位置
に維持されており、該カラーも接着、超音波溶接等の手
段で定位置に固定される。
に、それぞれ上側フロート取付け凹部33および下側フロ
ート取付け凹部35を有し、その中に上側および下側の内
側リング部分26が配置されている。内側リング部分は上
側および下側のフロートカラー37および39により定位置
に維持されており、該カラーも接着、超音波溶接等の手
段で定位置に固定される。
底カバー38は数個の開口部40を有し、その大きさは、
取付け管10内でのフロート12の運動を妨げる様な大きさ
の粒子の進入を防止することのできる大きさである。上
側スロット42（１個または複数個）を取付け管の上側部
分に設けて、流体が開口部40に入るとき空気の脱出を許
すことができる。好適な実施例では、上側スロットは取
付け管の縦軸に平行な細長い形状を有し、これによりこ
の上側スロットは、大きな異物粒子の進入を防ぐととも
に流体の滴による空気の出入りの妨害を防止する。この
垂直なスロットは、滴を該スロットの底に溜らせ、該ス
ロットの頂部で破裂させて、所望の通気機能を発揮させ
る。
取付け管10内でのフロート12の運動を妨げる様な大きさ
の粒子の進入を防止することのできる大きさである。上
側スロット42（１個または複数個）を取付け管の上側部
分に設けて、流体が開口部40に入るとき空気の脱出を許
すことができる。好適な実施例では、上側スロットは取
付け管の縦軸に平行な細長い形状を有し、これによりこ
の上側スロットは、大きな異物粒子の進入を防ぐととも
に流体の滴による空気の出入りの妨害を防止する。この
垂直なスロットは、滴を該スロットの底に溜らせ、該ス
ロットの頂部で破裂させて、所望の通気機能を発揮させ
る。
流体レベルセンサーのねじ付支持体18に取り付けられ
たホール効果素子20を第４図に電気回路として略図示し
てある。抵抗器44、46は、零位変動を補正するために可
変とすることができるとともに該センサーのゼロ点を設
定するために使用することができる。抵抗器48を可変と
して、該装置内の流体レベルの変動に伴う出力変化を変
える該トランスデューサの倍率を補正することができ
る。
たホール効果素子20を第４図に電気回路として略図示し
てある。抵抗器44、46は、零位変動を補正するために可
変とすることができるとともに該センサーのゼロ点を設
定するために使用することができる。抵抗器48を可変と
して、該装置内の流体レベルの変動に伴う出力変化を変
える該トランスデューサの倍率を補正することができ
る。
この流体レベルセンサーの動作は、該流体レベルセン
サーの最も重要な三つの状態を略図示するブロック図で
ある第5A図ないし第5C図から良く理解することができ
る。第5A図において、空の流体レベルが示されており、
フロートの重さは液体で支えられておらず、フロートの
全重量はスプリング22および24で支えられ、フロート12
は最低取付け位置に、すなわち、第一位置に、沈下して
いる。
サーの最も重要な三つの状態を略図示するブロック図で
ある第5A図ないし第5C図から良く理解することができ
る。第5A図において、空の流体レベルが示されており、
フロートの重さは液体で支えられておらず、フロートの
全重量はスプリング22および24で支えられ、フロート12
は最低取付け位置に、すなわち、第一位置に、沈下して
いる。
第5B図は、流体がほぼ二分の一位置52に達した状態を
示し、この状態ではフロートの重さは流体中のフロート
の浮力によって完全に支持され、スプリング22、24は上
方にも下方にも撓んでいない。
示し、この状態ではフロートの重さは流体中のフロート
の浮力によって完全に支持され、スプリング22、24は上
方にも下方にも撓んでいない。
第5C図は流体54が満杯レベルである時を示し、フロー
トは流体内に完全に沈んでいてその重さを上回る最大浮
力を発生させている。この余分の浮力によりスプリング
22、24は上方へ、その最高取付け位置へ、すなわち、第
２位置へ撓められている。第5A図および第5C図から分る
ように、流体レベルセンサーの範囲（両端矢印Ａで示さ
れている）は、流体レベル方向におけるフロートの長さ
と、空位置から満杯位置までのスプリング22、24の撓み
量（両端矢印Ｂで示されている）との和に等しい。流体
レベルは空位置50から満杯位置54まで図示のＡに等しい
距離だけ動くのに対して、フロートはその第１位置およ
び第２位置間の距離Ｂを移動するに過ぎない。そこで、
正確な測定を行なうことのできる磁石14のホール効果素
子20に対する移動の範囲は割合に小さな範囲に限られて
いるが、実質的流体レベル測定を行なうことができる。
トは流体内に完全に沈んでいてその重さを上回る最大浮
力を発生させている。この余分の浮力によりスプリング
22、24は上方へ、その最高取付け位置へ、すなわち、第
２位置へ撓められている。第5A図および第5C図から分る
ように、流体レベルセンサーの範囲（両端矢印Ａで示さ
れている）は、流体レベル方向におけるフロートの長さ
と、空位置から満杯位置までのスプリング22、24の撓み
量（両端矢印Ｂで示されている）との和に等しい。流体
レベルは空位置50から満杯位置54まで図示のＡに等しい
距離だけ動くのに対して、フロートはその第１位置およ
び第２位置間の距離Ｂを移動するに過ぎない。そこで、
正確な測定を行なうことのできる磁石14のホール効果素
子20に対する移動の範囲は割合に小さな範囲に限られて
いるが、実質的流体レベル測定を行なうことができる。
第１図から分るように、取付け管に対するねじ付支持
体18の螺合の深さを調整することにより、ホール効果素
子の初期位置を調整することができる。該装置の初期調
整は、また、第１図の特定の構成により、流体中で目盛
調整する必要なしに容易になすこともできる。例えば、
第１図に示した「空」位置において、その通常の向きで
該装置の目盛調整をすることができる。
体18の螺合の深さを調整することにより、ホール効果素
子の初期位置を調整することができる。該装置の初期調
整は、また、第１図の特定の構成により、流体中で目盛
調整する必要なしに容易になすこともできる。例えば、
第１図に示した「空」位置において、その通常の向きで
該装置の目盛調整をすることができる。
流体レベルが「二分の一」位置にある時に（第5B図の
状態）その重さに等しい浮力がフロートに作用する様に
該装置が構成されていれば、フロート12が流体無しでス
プリング22、24を第5A図の場合の様に下方に撓ませない
様な側に燃料レベルセンサーを置くことにより、「二分
の一」位置を目盛調整することができる。
状態）その重さに等しい浮力がフロートに作用する様に
該装置が構成されていれば、フロート12が流体無しでス
プリング22、24を第5A図の場合の様に下方に撓ませない
様な側に燃料レベルセンサーを置くことにより、「二分
の一」位置を目盛調整することができる。
同様に、フロートを逆様にひっくり返し、フロートの
重さスプリング22、24を撓ませて磁石14とホール効果素
子20との間の距離を第２位置または「満杯」位置へ減少
させることによって「満杯」状態を目盛調整することが
できる。もしフロートの、完全に沈められたときの過剰
の浮力（フロートの重さ以上の）がフロートの重み（流
体外での）に等しければ、該レベルセンサーが逆様の状
態において磁石14とホール効果素子20との間の距離は、
燃料レベルが第5C図の満杯位置にある時の距離と同じと
なる。
重さスプリング22、24を撓ませて磁石14とホール効果素
子20との間の距離を第２位置または「満杯」位置へ減少
させることによって「満杯」状態を目盛調整することが
できる。もしフロートの、完全に沈められたときの過剰
の浮力（フロートの重さ以上の）がフロートの重み（流
体外での）に等しければ、該レベルセンサーが逆様の状
態において磁石14とホール効果素子20との間の距離は、
燃料レベルが第5C図の満杯位置にある時の距離と同じと
なる。
そこで、感度、零位置および倍率の全てを、目盛較正
流体を使わずに調整することができる。ホール効果素子
の位置が固定された後、ねじ付支持体18を定位置に超音
波溶接し、密封材料56を使って組立体の端部を密封して
出力ケーブル58を支持させることができる。
流体を使わずに調整することができる。ホール効果素子
の位置が固定された後、ねじ付支持体18を定位置に超音
波溶接し、密封材料56を使って組立体の端部を密封して
出力ケーブル58を支持させることができる。
好適な実施例では、上記の如く、スプリングは普通の
フォトエッチング処理により0.005インチ厚、0.045イン
チ幅のベリリウム銅合金で作られる。ハネウェル・エレ
クトロニクス（Honeywell Electronics）からMicro−Sw
itch SS94Al−XXという名称で市販されているホール効
果素子を使い、磁石14を第5A図の最大離間距離でホール
効果素子20から約0.185インチ離間させた。スプリング2
2、24は、フロートの重さを受けた状態では中立位置か
ら約0.070インチ下方へ撓み、第5C図に示されている完
全に沈んだ状態では、約0.070インチ上方へ撓んだ。フ
ロート組立体自体の長さは約3.5インチであり、従って
流体レベルセンサーの測定距離Ａは3.640インチで、フ
ロートの最大行程は0.140インチであった。
フォトエッチング処理により0.005インチ厚、0.045イン
チ幅のベリリウム銅合金で作られる。ハネウェル・エレ
クトロニクス（Honeywell Electronics）からMicro−Sw
itch SS94Al−XXという名称で市販されているホール効
果素子を使い、磁石14を第5A図の最大離間距離でホール
効果素子20から約0.185インチ離間させた。スプリング2
2、24は、フロートの重さを受けた状態では中立位置か
ら約0.070インチ下方へ撓み、第5C図に示されている完
全に沈んだ状態では、約0.070インチ上方へ撓んだ。フ
ロート組立体自体の長さは約3.5インチであり、従って
流体レベルセンサーの測定距離Ａは3.640インチで、フ
ロートの最大行程は0.140インチであった。
第６図は、流体の深さが０から３インチまで変化した
とき第４図の出力端子から受信された電圧出力の示度を
示す。
とき第４図の出力端子から受信された電圧出力の示度を
示す。
第６図から分るように、第４図のセンサー回路の出力
は非線形である。多くの場合に線形出力が望ましいの
で、第７図はかかる必要に答える実施例を示す。この流
体レベルセンサーは、取付け管10の底に追加のホール効
果素子20′が設けられるとともにフロート12の底に磁石
14′が設けられている点を除いて前記のものと同様であ
る。ホール効果素子20、20′の出力は（第４図に示され
ている様に）差動増幅器60に供給される。作動中、フロ
ートが一方向に動くと、その磁石は一方のホール効果素
子へ接近し他方のホール効果素子からは離間する。ホー
ル効果素子の出力のこの様な「プッシュプル」動作は入
力として差動増幅器60に供給され、該増幅器はフロート
位置の、従って流体レベルの位置の線形示度である差動
出力を発生させる。
は非線形である。多くの場合に線形出力が望ましいの
で、第７図はかかる必要に答える実施例を示す。この流
体レベルセンサーは、取付け管10の底に追加のホール効
果素子20′が設けられるとともにフロート12の底に磁石
14′が設けられている点を除いて前記のものと同様であ
る。ホール効果素子20、20′の出力は（第４図に示され
ている様に）差動増幅器60に供給される。作動中、フロ
ートが一方向に動くと、その磁石は一方のホール効果素
子へ接近し他方のホール効果素子からは離間する。ホー
ル効果素子の出力のこの様な「プッシュプル」動作は入
力として差動増幅器60に供給され、該増幅器はフロート
位置の、従って流体レベルの位置の線形示度である差動
出力を発生させる。
以上、現在最も実用的で好ましいと考えられる実施例
と関連させて本発明を説明したが、本発明は開示した実
施例に限定されるものではなくて、逆に特許請求の範囲
の欄の記載内容に含まれる色々な変形および同等構成を
網羅するものである。
と関連させて本発明を説明したが、本発明は開示した実
施例に限定されるものではなくて、逆に特許請求の範囲
の欄の記載内容に含まれる色々な変形および同等構成を
網羅するものである。
第１図は、本発明の流体レベルセンサーの断面図であ
る。 第２図は、本発明による懸架スプリングの１つの平面図
である。 第３図は、第２図のスプリングの破断線III−IIIに沿う
側断面図である。 第４図は、本発明の電気回路略図である。 第5A図、第5B図および第5C図は、該流体レベルセンサー
の動作をそれぞれ示すブロック図である。 第６図は、本発明の流体レベルセンサーに接続された時
の第４図の回路の電気出力を示すグラフである。 第７図は、差動増幅器と関連して線形出力を提供する磁
石とホール効果素子の対を示すブロック図である。 10……取付け管 12……フロート 14……磁石 20……ホール効果素子 22……上側スプリング 24……下側スプリング 26……内側リング部分 28……外側リング部分 30……螺旋形連結アーム 38……底カバー 40……開口部 42……上側スロット
る。 第２図は、本発明による懸架スプリングの１つの平面図
である。 第３図は、第２図のスプリングの破断線III−IIIに沿う
側断面図である。 第４図は、本発明の電気回路略図である。 第5A図、第5B図および第5C図は、該流体レベルセンサー
の動作をそれぞれ示すブロック図である。 第６図は、本発明の流体レベルセンサーに接続された時
の第４図の回路の電気出力を示すグラフである。 第７図は、差動増幅器と関連して線形出力を提供する磁
石とホール効果素子の対を示すブロック図である。 10……取付け管 12……フロート 14……磁石 20……ホール効果素子 22……上側スプリング 24……下側スプリング 26……内側リング部分 28……外側リング部分 30……螺旋形連結アーム 38……底カバー 40……開口部 42……上側スロット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォーレン ダブリュ．スタンスベリー アメリカ合衆国，アリゾナ州 85024, フェニックス，イー．ウエスロット ド ライブ 1925 (56)参考文献 特開 昭57−60218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−122902（ＪＰ，Ａ) 米国特許4466284（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 23/62
Claims (19)
- 【請求項１】流体レベル感知範囲内の流体のレベルを示
す電気出力を提供する流体レベルセンサーであって、 前記流体内で正の浮力を提供するフロート手段と、 前記流体レベル感知範囲より小さな距離だけ離間した第
１および第２の位置の間を非スライド移動し得るように
前記フロート手段を位置決めするスプリング懸架手段
と、 前記第１および第２の位置の間の前記フロート手段の位
置に応じて、前記流体レベル感知範囲内の流体レベルを
示す電気出力を提供する非スライド近接検出手段と、を
備えた流体レベルセンサー。 - 【請求項２】流体レベル感知範囲内の流体のレベルを示
す電気出力を提供する流体レベルセンサーであって、 前記流体内で正の浮力を提供するフロート手段と、 前記流体レベル感知範囲を超える流体レベルを示す電気
出力を提供する近接検出手段と、 前記流体レベル感知範囲より小さな距離だけ離間した第
１および第２の位置の間を前記フロート手段を位置決め
するスプリング懸架手段と、を備え、 前記スプリング懸架手段は前記フロート手段の横の動き
を制限し、 前記近接検出手段は前記第１および第２の位置の間の前
記フロート手段の位置に応答し、 前記スプリング懸架手段は、前記第１および第２の位置
の間の前記フロート手段の動きの方向で柔らかく、前記
フロート手段の動きの横方向で固いことを特徴とする流
体レベルセンサー。 - 【請求項３】取付け管を含み、前記スプリング懸架手段
は、 前記フロートの上側部分と前記取付け管の上側部分との
間に取り付けられた上側スプリングと、 前記フロートの下側部分と前記取付け管の下側部分との
間に取り付けられた下側スプリングと、を備えることを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体レベルセ
ンサー。 - 【請求項４】前記流体レベルは流体レベル感知方向に変
動し、前記フロート手段は、前記流体レベル感知方向に
おいて前記流体レベル感知範囲と同様の長さを有するフ
ロートを備えた請求項１又は請求項２に記載の流体レベ
ルセンサー。 - 【請求項５】前記フロートの長さは、前記流体レベル感
知範囲から、前記第１および第２の位置の間の距離に等
しい距離を引いた長さに等しいことを特徴とする請求項
２に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項６】前記センサーは取付け管を含み、前記スプ
リング懸架手段は、 前記フロート手段の上側部分と前記取付け管の上側部分
との間に取り付けられた上側スプリングと、 前記フロート手段の下側部分と前記取付け管の下側部分
との間に取り付けられた下側スプリングと、を備えたこ
とを特徴とする請求項１に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項７】前記スプリングの各々は、 内側リング部分と、 外側リング部分と、 少なくとも１個の連結アームと、を備えていることを特
徴とする請求項６又は請求項３に記載の流体レベルセン
サー。 - 【請求項８】前記スプリングの各々は３つの螺旋形連結
アームを有することを特徴とする請求項７に記載の流体
レベルセンサー。 - 【請求項９】前記螺旋形連結アームは、前記第１および
第２の位置の間の運動の方向に厚みを有するとともに、
前記内側リング部分から前記外側リング部分への半径方
向に幅を有し、前記幅は前記厚みより大きいことを特徴
とする請求項８に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項１０】前記螺旋形連結アームの厚みは該螺旋形
連結アームの幅の20％未満であることを特徴とする請求
項９に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項１１】前記近接検出手段は、 ホール効果素子と、 前記フロート手段に取り付けられた磁石と、 前記ホール効果素子に給電するとともに、前記ホール効
果素子に対する前記磁石の位置を示す出力を提供する電
子回路手段と、を備えていることを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項１２】流体レベル感知範囲において流体レベル
感知方向に変化する流体レベルを示す電気出力を提供す
る流体レベルセンサーであって、 取付け管と、 前記流体中で正の浮力を提供するフロート手段であっ
て、前記流体レベル感知方向において前記流体レベル感
知範囲と同様の長さを有するフロートを有するフロート
手段と、 前記流体レベル感知範囲より小さな距離だけ離間した第
１および第２の位置の間を非スライド移動し得る様に前
記フロートを前記取付け管内に位置決めするスプリング
懸架手段と、 前記第１および第２の位置の間の前記フロートの位置に
応じて、前記流体レベル感知範囲内の流体レベルを示す
電気出力を提供する非スライド近接検出手段と、を備え
た流体レベルセンサー。 - 【請求項１３】前記取付け管は上側および下側のスプリ
ング取付け凹部を有し、前記フロートは上側および下側
フロート取付け凹部を有し、前記スプリング懸架手段
は、前記フロートの上側部分と前記取付け管の上側部分
との間に取り付けられた上側スプリングと、 前記フロートの下側部分と前記取付け管の下側部分との
間に取り付けられた下側スプリングと、を備え、 前記上側および下側のスプリングの各々は、内側リング
部分と、外側リング部分と、少なくとも１つの連結アー
ムと、を備えていることを特徴とする請求項12に記載の
流体レベルセンサー。 - 【請求項１４】前記上側および下側のスプリングの内側
リング部分はそれぞれ前記上側および下側のフロート取
り付け凹部分に配置され、前記上側および下側のスプリ
ングの外側リング部分は前記上側および下側スプリング
取り付け凹部内にそれぞれ配置されており、前記上側お
よび下側のスプリングの各々の少なくとも１つの連結ア
ームは前記第１の位置および前記第２の位置の間の移動
の方向に厚みを有するとともに前記内側リング部分から
前記外側リング部分への半径方向に幅を有し、前記幅は
前記厚みより大きいことを特徴とする請求項13に記載の
流体レベルセンサー。 - 【請求項１５】前記近接検出手段は、 前記取付け管に取り付けられたホール効果素子と、 前記フロート手段に取り付けられた磁石と、 前記ホール効果素子に給電するとともに、前記ホール効
果素子に対する前記磁石の位置を示す出力を提供する電
子回路手段と、を備えていることを特徴とする請求項14
に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項１６】流体レベル感知範囲において流体レベル
感知方向に変動する流体レベルを示す電気出力を提供す
る流体レベルセンサーであって、 （ａ）上側取り付け凹部および下側取り付け凹部を有す
る円筒形取付け管と、 （ｂ）前記取り付け管内に配置され、前記流体内で正の
浮力を提供する円筒形フロートであって、前記流体レベ
ル感知方向において前記流体レベル感知範囲と同様の長
さを有し、上側フロート取り付け凹部および下側フロー
ト取り付け凹部を有するフロートと、 （ｃ）前記流体レベル感知範囲より小さい距離だけ離間
した第１および第２の位置の間を移動し得るように前記
フロート手段を前記取付け管内に位置決めするスプリン
グ懸架手段であって、 上側スプリングと下側スプリングとを備え、前記上側ス
プリングおよび下側スプリングの各々は、内側リング部
分と、外側リング部分と、少なくとも１つの連結アーム
とを備え、前記上側スプリングおよび下側スプリングの
内側リング部分はそれぞれ前記上側フロート取り付け凹
部および前記下側フロート取り付け凹部内に配置され、
前記上側スプリングおよび下側スプリングの外側リング
部分はそれぞれ前記上側スプリング取り付け凹部および
下側スプリング取り付け凹部内に配置されており、前記
少なくとも１つの連結アームは、前記第１の位置および
前記第２の位置の間の移動の方向に厚みを有するととも
に前記内側リング部分から外側リング部分への半径方向
に幅を有し、前記幅は前記厚みより大きい様になってい
るスプリング懸架手段と、 （ｄ）前記第１および第２の位置の間の前記フロート手
段の位置に応じて前記流体レベル感知範囲における流体
レベルを示す電気出力を提供する近接検出手段と、 を備え、前記近接検出手段は、 前記取付け管に取り付けられたホール効果素子と、 前記フロートに取り付けられた磁石と、 前記ホール効果素子に給電するとともに、前記ホール効
果素子に対する前記磁石の位置を示す出力を提供する電
子回路手段と、を備えている流体レベルセンサー。 - 【請求項１７】前記近接検出手段は、 前記フロート手段より上に配置された第１ホール効果素
子と、 前記フロート手段より下に配置された第２ホール効果素
子と、 前記フロート手段の上側部分に取り付けられた第１磁石
と、 前記フロート手段の下側部分に取り付けられた第２磁石
と、 前記ホール効果素子に給電するとともに、それぞれ前記
第１および第２のホール効果素子に対する前記第１およ
び第２の磁石の位置を示す第１および第２の出力を提供
する電子回路手段と、 前記電子回路手段からの前記第１および第２の出力に応
じて、前記フロート手段の位置を示す線形出力を提供す
る差動増幅器手段と、を備えたことを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項１８】前記近接検出手段は、 前記フロートより上の前記取付け管の上側部分に配置さ
れた第１ホール効果素子と、 前記フロートより下の前記取付け管の下側部分に配置さ
れた第２ホール効果素子と、 前記フロートの上側部分に取り付けられた第１磁石と、 前記フロートの下側部分に取り付けられた第２磁石と、 前記ホール効果素子に給電するとともに、それぞれ前記
第１および第２のホール効果素子に対する前記第１およ
び第２の磁石の位置を示す第１および第２の出力を提供
する電子回路手段と、 前記電子回路手段からの前記第１および第２の出力に応
じて、前記フロート手段の位置を示す線形出力を提供す
る差動増幅器手段と、を備えたことを特徴とする請求項
14に記載の流体レベルセンサー。 - 【請求項１９】流体レベル感知範囲において流体レベル
感知方向に変動する流体レベルを示す電気出力を提供す
る流体レベルセンサーであって、 （ａ）上側取り付け凹部および下側取り付け凹部を有す
る円筒形取付け管と、 （ｂ）前記取付け管内に配置され、前記流体内で正の浮
力を提供する円筒形フロートであって、前記流体レベル
感知方向において前記流体レベル感知範囲と同様の長さ
を有し、上側フロート取り付け凹部および下側フロート
取り付け凹部を有するフロートと、 （ｃ）前記流体レベル感知範囲より小さい距離だけ離間
した第１および第２の位置の間を移動し得るように前記
フロート手段を前記取付け管内に位置決めするスプリン
グ懸架手段であって、 上側スプリングと下側スプリングとを備えており、前記
上側スプリングおよび下側スプリングの各々は、内側リ
ング部分と、外側リング部分と、少なくとも１つの連結
アームとを備え、前記上側スプリングおよび下側スプリ
ングの内側リング部分はそれぞれ前記上側フロート取り
付け凹部および前記下側フロート取り付け凹部内に配置
され、前記上側スプリングおよび下側スプリングの外側
リング部分はそれぞれ前記上側スプリング取り付け凹部
および下側スプリング取り付け凹部内に配置されてお
り、前記少なくとも１つの連結アームは、前記第１の位
置および前記第２の位置の間の移動の方向に厚みを有す
るとともに前記内側リング部分から前記外側リング部分
への半径方向に幅を有し、前記幅は前記厚みより大きい
様になっているスプリング懸架手段と、 （ｄ）前記第１および第２の位置の間の前記フロート手
段の位置に応じて前記流体レベル感知範囲における流体
レベルを示す電気出力を提供する近接検出手段と、 を備え、前記近接検出手段は、 前記フロートより上の前記取付け管の上側部分に配置さ
れた第１ホール効果素子と、 前記フロートより下の前記取付け管の下側部分に配置さ
れた第２ホール効果素子と、 前記フロートの上側部分に取り付けられた第１磁石と、 前記フロートの下側部分に取り付けられた第２磁石と、 前記ホール効果素子に給電するとともに、それぞれ前記
第１および第２のホール効果素子に対する前記第１およ
び第２の磁石の位置を示す第１および第２の出力を提供
する電子回路手段と、 前記電子回路手段からの前記第１および第２の出力に応
じて、前記フロート手段の位置を示す線形出力を提供す
る差動増幅器手段と、を備えている流体レベルセンサ
ー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/301,964 US4920797A (en) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | Fluid level sensor |
| US301,964 | 1989-01-09 |
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|---|---|
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Family
ID=23165671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002399A Expired - Lifetime JP3012878B2 (ja) | 1989-01-09 | 1990-01-09 | 流体レベルセンサー |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4920797A (ja) |
| EP (1) | EP0378355B1 (ja) |
| JP (1) | JP3012878B2 (ja) |
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