JP3421122B2 - 静電容量式検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、容器内に収納された被
検出対象物の量又はレベルを検出する静電容量式検知装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な静電容量式検知装置は、容器内
に収納された被検出対象物、例えば液体や粉粒体等、の
量又はレベルを被接触方式又は接触方式によって検出す
る装置である。そのような静電容量式検知装置は、例え
ば絶縁物である合成樹脂等により形成された容器の外面
に近接して配設され、当該容器内に収納された被検出対
象物の静電容量の変動を検出して、当該被検出対象物の
量や所定レベルにおける有無を検知するものである。

【０００３】しかしながら、測定されるべき被検出対象
物は、当該検知装置が取付けられる容器の形状、大き
さ、材質、そして被検出対象物である液体や粉粒体等の
種類によりその静電容量が大きく異なるために、従来の
静電容量式検知装置はこれらの使用環境に応じて当該検
知装置の基準周波数を適正に較正しなければ、正確に被
検出対象物の量や所定レベルにおける有無の検出はでき
なかった。したがって、従来の静電容量式検知装置は、
その使用環境に応じて較正するための較正手段、例えば
同調用可変コンデンサ等により構成された較正回路等を
設けて、当該容器内の被検出対象物の量や所定レベルに
おける有無を検出できるように構成されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量式検知
装置においては、その使用環境に対応させるために初期
調整において、同調用可変コンデンサ等を有する較正手
段により基準周波数を共振周波数に同調させなければな
らなかった。しかし、共振周波数の共振点付近の波形は
急峻であるために、手動でその共振点に同調させること
は非常に難しく熟練を要する操作であった。また、静電
容量式検知装置はその取付状態や被検出対象物の種類に
よって、共振点が大きく変動するために、現場での較正
が不可欠であり、較正操作の容易な静電容量式検知装置
が求められていた。

【０００５】また、従来の静電容量式検知装置において
は、容器に取付けられる測定部と較正手段等を有する本
体部が一体的に構成されているために、被検出対象物を
収納する容器近傍において較正操作を行わなければなら
なかった。

【０００６】さらに、従来の静電容量式検知装置は、停
電発生に対応する手段を有していないために、停電終了
後に新ためて較正操作を行わなければならなかった。

【０００７】また、従来の静電容量式検知装置において
は、測定部のインピーダンス変化が測定部の出力信号で
ある測定信号に忠実に表われないために、正確な較正操
作が行えなかった。

【０００８】さらに、従来の静電容量式検知装置におい
ては、測定部と本体部が一体的に構成されているため
に、その測定目的及び使用環境に応じた測定部を有する
各種の装置を用意しなければならなかった。

【０００９】したがって、従来の静電容量式検知装置に
おける上記問題点を解決するという課題がこの技術分野
には存在していた。本発明は、この課題を解決するため
になされたもので、迅速かつ適切な較正が容易に行える
静電容量式検知装置を提供することを目的とする。

【００１０】また、本発明は、測定部と電気回路等を有
する本体部とを別体に構成して、較正操作を容易に行え
る静電容量式検知装置を提供することを目的とする。

【００１１】さらに、本発明は、停電発生時に対応する
手段を設けて、停電終了後に新ためて較正操作を行う必
要のない静電容量式検知装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】さらに、本発明は、測定部に入力される信
号を測定部のインピーダンス変化を忠実に表わす信号に
変換して、正確な較正操作を行うことのできる静電容量
式検知装置を提供することを目的とする。

【００１３】また、本発明は、測定部と本体部とを別体
で構成して、測定部の交換により測定目的及び使用環境
に対応することのできる静電容量式検知装置を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る静電容量式
検知装置は、容器内に収納された被検出対象物の有無に
よる静電容量の変化に対応した電圧の交流信号を出力す
る測定部と、前記測定部へ静電容量を検知するための周
波数を有する信号を出力し前記測定部からの交流信号を
電気的に処理して静電容量の変動を検知する信号処理部
とを具備する静電容量式検知装置において、前記信号処
理部が所定間隔を有して階段状に順次変化する制御電圧
を有する信号を出力する制御電圧発生回路と、前記制御
電圧発生回路から出力される信号を受け前記制御電圧に
対応して順次周波数を変化する交流信号に変換して前記
測定部へ出力するＶＣＯ回路と、前記測定部から順次出
力される交流信号を直流信号に変換して、検出信号を出
力する検出回路と、前記検出回路の検出信号における最
大電圧値信号を保持するピークホールド回路と、前記検
出信号と前記ピークホールド回路に保持された最大電圧
値信号とを比較して、前記検出信号の電圧値の方が小さ
く、且つその差が所定しきい値に達したときに電圧固定
用信号を前記制御電圧発生回路へ出力するコンパレータ
回路と、前記コンパレータ回路が電圧固定用信号を出力
した後、前記ピークホールド回路を制御してそこに保持
された最大電圧値信号を、前記検出信号よりも大きな電
圧値の信号に固定させる固定回路とを具備し、前記コン
パレータ回路から前記制御電圧発生回路へ前記電圧固定
用信号が入力されたとき、前記制御電圧発生回路はその
とき出力していた制御電圧を固定電圧として維持し、前
記ＶＣＯ回路はその固定電圧に対応して固定された周波
数を静電容量を検知するための周波数として出力する。

【００１５】また、本発明に係る静電容量式検知装置
は、前記測定部と前記信号処理部が別体で構成され、そ
の間を高周波ケーブルにより電気的に接続されている。

【００１６】また、本発明に係る静電容量式検知装置
は、前記制御電圧発生回路から出力される制御電圧を停
電時に保持するためのバックアップ電源回路を有してい
る。

【００１７】また、本発明に係る静電容量式検知装置
は、前記信号処理部において前記ＶＣＯ回路からの出力
信号を実質的に定電流を有する信号に変換する変換回路
を有している。

【００１８】さらに、本発明に係る静電容量式検知装置
は、前記測定部が矩形状、円形状又は棒状に構成された
測定電極を有している。

【００１９】

【作用】本発明の静電容量式検知装置においては、制御
電圧発生回路からの階段状に順次変化する制御電圧を有
する信号が入力されたＶＣＯ回路は、その制御電圧に対
応して順次変化する周波数を有する信号を測定部へ出力
する。測定部は被検出対象物を収納した容器の静電容量
に応じた信号を検出回路へ出力し、検出回路の出力信号
である検出信号はコンパレータ回路においてピークホー
ルド回路の最大電圧値信号である保持信号と比較され
る。コンパレータ回路は、検出信号の方が小さく、且つ
その差が所定しきい値に達したとき、電圧固定用信号で
ある動作停止信号を固定回路に出力し、ピークホールド
回路の保持信号を前記検出信号よりも大きな電圧値の信
号に固定すると同時に、前記動作停止信号を制御電圧発
生回路へ出力して、前記制御電圧発生回路のそのときの
制御電圧を固定電圧とする。

【００２０】また、前記測定部は被検出対象物を収納し
た容器近傍に配設され、前記測定部に高周波ケーブルを
介して電気的に接続された信号処理部は所望の位置、例
えば他の装置の操作部が取付けられた操作盤等に配設さ
れる。

【００２１】また、前記信号処理部に設けられたバック
アップ電源回路は、停電時において、較正動作によって
得られていた制御電圧を保持する。

【００２２】また、信号処理部のＶＣＯ回路からの出力
信号は、変換回路へ入力され、この変換回路において所
定電流に変換されて測定部へ入力される。

【００２３】さらに、測定部は矩形状、円形状又は棒状
に構成されており、その使用目的又は容器形状等の使用
環境に適応した測定部が選ばれて使用される。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の静電容量式検知装置の一実施
例について図を参照して説明する。図１は本発明の一実
施例である静電容量式検知装置のブロック図であり、図
２は図１の静電容量式検知装置の回路図である。

【００２５】図１において、絶縁物材料、例えばガラス
や合成樹脂等により形成された容器１２には被検出対象
物１３、例えば液体、粉粒体等、が収納されており、こ
の容器１２の側面または底面に近接して測定部１が設け
られている。側面に配設された測定部１の場合は被検出
対象物１３が所定レベルに達しているか否かを検知する
ものであり、底面に配設された測定部１の場合は容器１
２内の被検出対象物１３の残量が所定レベル以下になっ
ているか否かを検知するものである。前記測定部１は、
同軸ケーブルで構成された高周波ケーブルを介して容器
１２より離れた所望の位置、例えば他の測定器からの情
報を集中管理する操作盤等、に配設された信号処理部１
０に電気的に接続されている。

【００２６】図１に示すように、信号処理部１０は、測
定部１において検出した被検出対象物１３に関する測定
信号Ｓ４を直流に変換し増幅する検出回路９と、前記検
出回路９からの検出信号Ｓ５を検知して、その最大電圧
値を有する信号を保持するピークホールド回路８と、ピ
ークホールド回路８に保持されていた保持信号Ｓ６と前
記検出回路９からの検出信号Ｓ５とを比較するコンパレ
ータ回路７とを具備している。コンパレータ回路７は、
ピークホールド回路８に保持されていた保持信号Ｓ６の
電圧の方が検出信号Ｓ５の電圧より高いとき、固定回路
１６と制御電圧発生回路４へ所定信号である動作停止信
号Ｓ７を出力する。固定回路１６は、動作停止信号Ｓ７
によりピークホールド回路８の保持信号Ｓ６を検出信号
Ｓ５に比して高いレベルの電圧を有する一定値に固定す
る。

【００２７】制御電圧発生回路４は、その出力信号（制
御信号Ｓ１）の電圧（制御電圧）を所定間隔を有して階
段状に順次変化させる回路である。本実施例の制御電圧
発生回路４においては、その電圧が階段状に徐々に高く
なるように構成されている。この制御電圧発生回路４の
制御信号Ｓ１はＶＣＯ回路（電圧制御発振回路）３へ入
力されている。

【００２８】ＶＣＯ回路３は、前記制御信号Ｓ１の電圧
変動に対応して出力信号（供給信号Ｓ２）の周波数を変
化させる回路である。本実施例では、ＶＣＯ回路３は、
所定時間の間隔を有して階段状に高くなる電圧を有する
制御信号Ｓ１が入力されて、出力信号である供給信号Ｓ
２の周波数がその制御信号に対応して徐々に高くなるよ
うに構成されている。ＶＣＯ回路３から出力された供給
信号Ｓ２は、変換回路２において所定電流に変換され、
直流成分が除去される。

【００２９】前記信号処理部１０には、制御電圧発生回
路４とピークホールド回路８とを初期状態に復帰させて
後述する較正動作を開始させるリセット回路６が設けら
れている。また、この信号処理部１０には、検出回路９
の検出信号Ｓ５からの被検出対象物１３の情報、例えば
被検出対象物１３が所定レベルに達しているか否かの情
報、を表示回路１５に表示、例えば警報音発生及び／又
はＬＥＤ点灯による表示等、を行うための出力回路１１
が設けられているとともに、較正動作によって得られた
制御電圧を停電時に保持するためにバックアップ電源回
路５が設けられている。また、前記出力回路１１は、当
該装置外部の表示装置１４等へ被検出対象物１３の情報
を出力するように構成されており、集中管理方式に対応
できる構成となっている。

【００３０】図２は、図１に示した静電容量式検知装置
の回路図である。図２に示すように、測定部１は、可変
容量コンデンサＣｘで示された測定電極２０とコイルＬ
１により構成される共振回路１ａ及び、検出コイル１ｂ
を具備している。検出回路９は、前記検出コイル１ｂの
出力信号である測定信号Ｓ４を直流信号に変換するダイ
オードＤ２とコンデンサＣ３とにより構成された検波器
９ａと、測定信号Ｓ４を所定のレベルまで増幅する増幅
器Ａ１とを具備している。

【００３１】ピークホールド回路８はダイオードＤ３、
コンデンサＣ１等により構成されており、ピークホール
ド回路８の出力信号である保持信号Ｓ６が入力されるコ
ンパレータ回路７は、複数の抵抗器とオフセット電源Ｖ
Ｏとコンパレータ７ａ等により構成されている。固定回
路１６はツェナーダイオードＤ４、トランジスタＴｒ
２、抵抗及びコンデンサー等により構成されている。ピ
ークホールド回路８と制御電圧発生回路４を初期状態に
するリセット信号Ｓ８を出力するリセット回路６は、ト
ランジスタＴｒ１とリセットスイッチ６ａ等により構成
されている。制御電圧発生回路４は、シフトレジスタ４
ａと動作クロックを発生させる方形波発振回路４ｂと複
数の抵抗器等を具備しており、方形波発振器４ｂの動作
クロックに従って出力信号である制御信号Ｓ１の制御電
圧を階段状に順次高い電圧へ変化させている。

【００３２】ＶＣＯ回路３は、可変容量ダイオードＤ
１、クラップ発振回路３ａ、及び出力インピーダンスを
下げてノイズの影響を軽減するエミッタフォロワー回路
３ｂ等を具備しており、制御電圧発生回路４からの制御
信号Ｓ１に対応する周波数を有する供給信号Ｓ２を変換
回路２へ出力する。変換回路２は、抵抗Ｒ１とカップリ
ングコンデンサＣ２により構成されており、ＶＣＯ回路
３からの供給信号Ｓ２を抵抗Ｒ１により所定電流に変換
し、カップリングコンデンサＣ２によりその直流成分を
除去した発振信号Ｓ３を出力する。

【００３３】図３は共振回路１ａの出力電圧と周波数と
の関係を示す特性図であり、波形Ａは測定部１が容器１
２に取付けられる前の出力特性であり、波形Ｂは測定部
１が容器１２に取付けられた後の出力特性を示す。図３
において、横軸が発振信号Ｓ３の周波数を示しており、
縦軸が共振回路１ａの出力電圧を示している。図３に示
すように、容器１２に測定部１を取付けることにより、
その出力特性のピーク電圧は低下し、ピーク電圧時の周
波数は低くなっている。これは、容器１２のインピーダ
ンスの影響によるものであり、容器１２の種類、形状に
より、この波形は大きく異なる。

【００３４】図４は、測定部１における共振回路１ａの
インピーダンスと周波数との関係を示す特性図であり、
横軸が共振回路１ａへ入力される発振信号Ｓ３の周波数
であり、縦軸が共振回路１ａのインピーダンスを示して
いる。図４において、Ｃの波形は測定電極２０と被検出
対象物１３が離れている状態のときのインピーダンス曲
線であり、Ｄの波形は測定電極２０が被検出対象物１３
に近接している状態のときのインピーダンス曲線であ
る。このように、測定電極２０が被検出対象物１３に近
接することにより、共振回路１ａのインピーダンス曲線
が大きく変動することを利用して、本発明の静電容量式
検知装置は被検出対象物１３を検知するものである。

【００３５】図５は各回路におけるそれぞれの出力特性
を示しており、図５の（ａ）は制御電圧発生回路４の出
力特性（制御信号Ｓ１）であり、図５の（ｂ）は検出コ
イル１ｂの出力特性（測定信号Ｓ４）であり、図５の
（ｃ）は検出回路９の出力特性（検出信号Ｓ５）であ
り、図５の（ｄ）はピークホールド回路８の出力特性
（保持信号Ｓ６）である。

【００３６】以下、本実施例の静電容量式検知装置の較
正動作について図１から図５を参照して説明する。図２
において、測定部１を容器１２の所定位置に取付け、測
定電極２０が被検出対象物１３から離れた状態でリセッ
ト回路６のリセットスイッチ６ａを作動させることによ
り、ピークホールド回路８のコンデンサＣ１に蓄えられ
ていた電圧は、トランジスタＴｒ１が励起されることに
より放電され、約ＯＶとなる。また、リセットスイッチ
６ａの作動により、図５の（ａ）に示すように制御電圧
発生回路４の制御電圧ＶＣは初期設定電圧Ｖｃ１に設定
され、その後、階段状に順次変化する制御電圧が出力さ
れる。

【００３７】階段状に順次変化した制御電圧ＶＣが入力
されたＶＣＯ回路３は、その制御電圧ＶＣに対応する周
波数を有する供給信号Ｓ２を、低インピーダンスのエミ
ッタフォロワー回路３ｂから出力する。ＶＣＯ回路３か
ら出力された供給信号Ｓ２は、カップリングコンデンサ
Ｃ２と共振回路１ａの最大インピーダンスの１０倍程度
のインピーダンスを有する抵抗器Ｒ１を持つ変換回路２
に入力される。変換回路２では供給信号Ｓ２の電流変動
を１％以下に抑え、直流成分を除却するカップリングコ
ンデンサを介して発振信号Ｓ３を出力する。この発振信
号Ｓ３の周波数は同軸ケーブルを介して共振回路１ａへ
入力されて、共振回路１ａのインピーダンス特性により
電圧に変換される。

【００３８】測定部１は、前述の図４に示すように、発
振信号Ｓ３の周波数に対応したインピーダンスを有し、
このインピーダンスに対応した測定電圧ＶＲを発生させ
る。図５の（ｂ）は周波数Ｆａと測定電圧ＶＲとの関係
を示す。検出回路９は、図５の（ｃ）に示すように、測
定部１の測定電圧ＶＲに比例した検出電圧ＶＤを出力す
る。検出回路９において、測定信号Ｓ４の交流信号は直
流信号に変換され、所定のレベルに増幅された、検出信
号Ｓ５が出力されている。ピークホールド回路８は、図
５の（ｄ）に示すように、検出回路９からの検出信号Ｓ
５が順次入力されて、検出信号Ｓ５の最大電圧値を有す
る信号を保持していく。ピークホールド回路８において
保持された保持信号Ｓ６は、コンパレータ回路７へ出力
される。

【００３９】前記ピークホールド回路８の保持信号Ｓ６
が入力されたコンパレータ回路７は、保持信号Ｓ６と検
出回路９から出力された検出信号Ｓ５とを比較するため
に、ピークホールド回路８の保持信号Ｓ６はコンパレー
タ７ａの反転入力側に接続され、検出回路９の検出信号
Ｓ５は非反転入力側へ接続される。図２に示すように、
検出回路９の検出信号Ｓ５には直流電源のオフセット電
圧ＶＯ、例えば０．７Ｖ、が付加されており、コンパレ
ータ回路７において、反転入力側に接続されたピークホ
ールド回路８の保持信号Ｓ６がオフセット電圧ＶＯが加
算された検出回路９の検出信号Ｓ５と比較されるように
構成されている。コンパレータ７ａの非反転入力側に接
続された検出信号Ｓ５の方が高い電圧を有している場
合、コンパレータ７ａはＨＩＧＨ電圧、例えば回路電圧
である１８Ｖ、を制御電圧発生回路４のシフトレジスタ
４ａへ出力する。ＨＩＧＨ電圧が入力されたシフトレジ
スタ４ａは次の回路に切換えて、制御電圧発生回路４は
さらに高い電圧を有する制御信号Ｓ１を出力する。

【００４０】本実施例のコンパレータ回路７において、
前述のように検出回路９の検出信号Ｓ５にはオフセット
電圧ＶＯが付加されているが、これはピークホールド回
路８の保持信号Ｓ６がノイズ等の影響を受けてその電圧
が変動して一次的に高くなった場合、コンパレータ回路
７が誤動作することを防止するためのものである。すな
わち、検出信号Ｓ５にノイズ等の影響による電圧変動幅
より大きなオフセット電圧が加算されていれば、コンパ
レータ回路７における比較動作において、ピークホール
ド回路８の保持信号Ｓ６の方が確実に検出信号Ｓ５より
高い場合を検出することができる。以上のように、制御
電圧発生回路４はコンパレータ７ａの出力がＨＩＧＨ電
圧である間は制御電圧を階段状に変化させ、その変化に
対応してＶＣＯ回路３は周波数Ｆａを変化させた供給信
号Ｓ２を出力するように構成されている。

【００４１】図５において、測定信号Ｓ４の周波数Ｆａ
（ｎ−１）のとき、共振回路１ａの共振点となり、ピー
クホールド電圧ＶＰは最大値Ｖｐ（ｎ−１）となる。測
定信号Ｓ４の周波数が共振回路１ａの共振点を通過して
Ｆａｎになったとき、測定電圧ＶＲはＶｒｎとなり、検
出電圧ＶＤはＶｄｎとなる。この検出電圧Ｖｄｎとオフ
セット電圧Ｖｏが加算されたものはピークホールド電圧
Ｖｐ（ｎ−１）より低くなる。このとき、コンパレータ
７ａは反転してＬＯＷ電圧、例えばＯＶ、の動作停止信
号Ｓ７を固定回路１６と制御電圧発生回路４に出力す
る。

【００４２】固定回路１６は、入力されたＬＯＷ電圧に
よってトランジスタＴｒ２が励起され、ツェナーダイオ
ードＤ４によって設定された電圧、例えば１５Ｖ、がピ
ークホールド回路８のコンデンサＣ１に蓄えられるよう
に構成されている。このために、ピークホールド回路８
の保持信号Ｓ６は検出信号Ｓ５と比較して十分高い電圧
Ｖｐｎに固定される。上記のように、ＬＯＷ電圧の動作
停止信号Ｓ７が固定回路１６に入力されると保持信号Ｓ
６が電圧Ｖｐｎに固定されるために、動作停止信号Ｓ７
がＬＯＷ電圧になった後において、検出信号Ｓ５にノイ
ズ等の影響による電圧変動が発生しても、ピークホール
ド回路８のピークホールド電圧ＶＰがＶｐｎに維持され
ているために、動作停止信号Ｓ７はＬＯＷ電圧に確実に
維持され、検出信号Ｓ５の電圧変動の影響を全く受けな
い構成となっている。

【００４３】ＬＯＷ電圧の信号が入力された制御電圧発
生回路４のシフトレジスタ４ａはその動作を停止するた
め、制御電圧発生回路４はそのときの制御電圧Ｖｃｎを
保持した制御信号Ｓ１を出力する。このとき、ＶＣＯ回
路３は周波数Ｆａｎの供給信号Ｓ２を出力し続け、測定
部１の測定電圧ＶＲはＶｒｎに保持される。また、検出
回路９の検出電圧ＶＤは図５の（ｃ）に示すようにＶｄ
ｎに保持され、ピークホールド回路８のピークホールド
電圧ＶＰは図５の（ｄ）に示すように固定回路１６によ
りＶｐｎに維持され、較正動作は終了する。

【００４４】較正動作終了後において、もし検出信号Ｓ
５の電圧がＶｄｎより高くなる場合があっても、上記実
施例の静電容量式検知装置には固定回路１６を設けて、
ピークホールド電圧ＶＰがＶｐｎに維持されているため
に、静電容量式検知装置は、一旦、較正動作が終了する
と再始動せず、常に安定して検出動作を行うように構成
されている。

【００４５】なお、本発明を説明するために、上記実施
例では図５の（ａ）に示す階段状の波形において、その
段差（電位差）を大きく図示したが、この段差は非常に
小さな電位差、例えば数ｍＶ、であるために、調整され
た基準周波数は実質的に共振点近傍に較正されている。
また、オフセット電圧Ｖｏの値を大きくして、共振点か
らずらした位置に基準周波数をセットすることも可能で
ある。この場合波形の急峻な部位を使用することによ
り、静電容量の微細な変化が検知可能となる。

【００４６】なお、上記実施例においては、コンパレー
タ回路７がＬＯＷ電圧の信号を出力したとき、制御電圧
発生回路４がそのときの制御信号Ｓ１を固定して出力す
るように構成しているが、シフトレジスタ４ａにＬＯＷ
電圧が入力されたとき、制御電圧発生回路が直前（１つ
前）の制御信号に固定して出力するように構成すること
もできる。このように構成することにより、信号処理部
１０はさらに共振点近傍に基準周波数を調整することが
できる。また、上記実施例のＶＣＯ回路３は一般的な電
子部品の回路により構成したが、ＩＣ等の集積回路を用
いて構成することにより、さらに小型化を達成すること
ができる。

【００４７】以下、本実施例の静電容量式検知装置の被
検出対象物１３の検出動作について図６を用いて説明す
る。図６は、測定部１の測定信号Ｓ４における周波数特
性を示す特性図であり、横軸が周波数、縦軸が測定電圧
ＶＲを示している。図６において、波形Ｅは測定電極２
０に被検出対象物１３が近接していない状態のときの周
波数特性であり、波形Ｆは測定電極２０に被検出対象物
１３が近接したときの周波数特性である。波形Ｅの周波
数特性を有する本実施例の静電容量式検知装置が前述の
較正動作により基準周波数をＦａｎに調整された場合の
検出動作について説明する。波形Ｅにおいて、基準周波
数がＦａｎのとき、測定電圧ＶＲはＶｒｎである。

【００４８】上記のように調整された静電容量式検知装
置において、その測定電極２０に被検出対称物１３が近
接すると、測定電極２０により検知される検出回路９の
周波数特性は波形Ｆのように変動する。このために、基
準周波数がＦａｎに調整されていたとき、測定電圧ＶＲ
はＶｒｎからＶｒｍに急激に低下する。信号処理部１０
の出力回路１１は、この測定電圧ＶＲの急激な変化を基
準電圧との比較により検出する。表示回路１５は、出力
回路１１からの信号に基づき、例えば警報音やＬＥＤの
点灯により容器１２の所定レベルに被検出対象物１３が
達していることを表示する。また、出力回路１１は、当
該装置外部に設けられた表示装置１４、例えば警報音を
発生する電気回路や、ランプが点灯する電気回路や、液
晶等の表示板に文字・図形等を表示する装置等へ所定の
信号を出力する。

【００４９】なお、前述の検出動作を説明した静電容量
式検知装置は、測定電極２０に被検出対称物１３が近接
していない状態で較正動作が実施されたものであるが、
測定電極２０に被検出対象物１３が近接した状態で前述
の較正動作を実施した場合には、測定部１の周波数特性
が図６の波形Ｆとなり、被検出対称物１３が測定電極２
０から離れたとき、その周波数特性は図６の波形Ｅのよ
うに変化する。このために、測定電圧ＶＲはＶｒｏから
Ｖｒｐへ急激に低下する。したがって、この場合にも、
前述のように検出動作を実施すれば検出対称物１３が容
器１２の所定レベル以下になったことを確実に検知する
ことができる。

【００５０】本実施例の静電容量式検知装置の具体例を
図７から図１１に示す。図７は静電容量式検知装置の信
号処理部１０の外観図であり、図７の（ａ）は正面図、
図７の（ｂ）は側面図、図７の（ｃ）は背面図を示して
いる。図７の（ａ）の信号処理部１０の正面図に示すよ
うに、信号処理部１０の正面パネル３２にはチューニン
グスイッチ２１、レベルスイッチ２３が設けられてい
る。チューニングスイッチ２１は、前述のリセット回路
６に設けられたリセットスイッチ６ａと連動しており、
このチューニングスイッチ２１を押すことにより前述の
較正動作が開始される。チューニングランプ２２は、Ｌ
ＥＤにより構成されており、較正動作終了時に点灯する
ように構成されている。

【００５１】レベルスイッチ２３は、容器１２における
所定のレベルを記憶させるためのスイッチであり、レベ
ルスイッチ２３を被検出対称物１３が容器１２の所定レ
ベルに達しているときに押圧して、そのときの静電容量
を記憶させ、レベルランプ２４の点灯によりその記憶動
作を確認できるよう構成されている。このレベルランプ
２４はＬＥＤにより構成されている。チューニングスイ
ッチ２１とレベルスイッチ２３は、正面パネル３２の面
上から突出しないように、凹んで配設されているため
に、使用者等が誤って接触して誤操作されることのない
ように構成されている。

【００５２】スライドスイッチ２５は、ロック機構であ
り、前述の較正動作が終了した後にスライドスイッチ２
５をＬ側へ移動させることにより、較正動作の再始動は
禁止される。アラームランプ２６は、容器１２内の所定
レベルに被検出対称物１３が達しているとき、または所
定レベル以下になったときを検出したときに点灯するア
ラーム表示であり、ＬＥＤにより構成されている。

【００５３】図７の（ｂ）に示す信号処理部１０の側面
図において、セレクトスイッチ２８が配設されており、
このセレクトスイッチ２８は検出目的を選択するための
切換スイッチである。例えば、被検出対象物１３が容器
１２の上限レベルに達しているか否かを検出する目的の
場合には、セレクトスイッチ２８のレバーをＨ側に移動
させる。反対に容器１２の下限レベルに被検出対象物１
３が達しているか否かを検出する場合には、セレクトス
イッチ２８のレバーをＬ側へ移動させる。図７の（ｂ）
において、側面の上下両端に設けられたボルト２７、２
７は、操作盤等の筐体へ取付けるための締付ボルトであ
る。図７の（ｃ）の信号処理部１０の背面図に示すよう
に、信号処理部１０の背面には複数の端子が配設されて
おり、例えば、入力電源２４Ｖ用の端子２９ａ、出力端
子２９ｂ、そして測定部１に接続される高周波ケーブル
等を接続する端子２９ｃ等が設けられている。

【００５４】図８は静電容量式検知装置の測定部１の外
観図であり、図８の（ａ）は測定部１の正面図、図８の
（ｂ）は測定部１の一部を破断して示した側面図であ
る。図８の（ａ）に示すように、この測定部１の測定電
極２０は長方形状に形成されており、この測定電極２０
が被検出対象物１３を収納した容器１２の外面に近接す
るように配設される。図８に示す測定部１の測定電極２
０は、検知する目的に応じて、容器１２の所定位置、例
えば所定レベルに横長方向に取付けられて、被検出対象
物１３のその所定レベルにおける有無が検知される。検
知された測定信号Ｓ４は高周波ケーブル３１を介して信
号処理部１０へ出力される。

【００５５】図９と図１０に示す測定部１は、本発明の
静電容量式検知装置に用いられる他の具体例であり、図
９の測定電極３０は円形状を有しており、前述の図８に
示した測定電極２０と実質的な内部構造は同じである。
図９に示した円形状の測定電極３０は、所定位置、例え
ば容器１２の底面の下側に配設されて、当該容器１２内
の被検出対象物１３の有無が検出されるように構成され
ている。このように、図９に示す測定部１は円形状の測
定電極３０を有しているために、例えば円筒状の容器１
２の底面の略全面に配設することが可能となり、この容
器１２内の被検出対象物１３の量を高精度に測定するこ
とが可能となる。

【００５６】図１０に示す測定部１には棒状の測定電極
４０が設けられており、この測定部１が容器１２に取付
けられるとき、棒状の測定電極４０は容器１２の内部へ
突出するよう配設される。図１０に示す測定部１の棒状
部分には、測定電極４０と接地電極４１との間には絶縁
物４２が設けられており、測定電極４０と接地電極４１
との間の静電容量が検出されるように構成されている。
すなわち、図１０に示す測定部１は、容器１２の所定レ
ベルに配置された棒状の測定電極４０が被検出対象物１
３と接離したとき、その静電容量の変化を検知するよう
に構成されている。図１０に示す測定部１を使用する場
合には、容器は絶縁物で形成していなくてもよく、接地
された金属製容器内に収納された被検出対象物１３を検
知することができる。このように、図１０に示した測定
部１は接触方式により被検出対象物１３の有無を検出す
るように構成されているため、より検知精度の高い静電
容量式検知装置を得ることができる。

【００５７】なお、図７に示した信号処理部１０と図８
から図１０に示した各測定部１との間は同軸ケーブルで
ある高周波ケーブルにより電気的に接続されており、ノ
イズ等の影響を受けないように構成されている。

【００５８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、工場出
荷時の調整が不要となり、現場においてリセットスイッ
チの操作だけで自動的に、容器に取付けられた静電容量
式検知装置の基準周波数を迅速かつ適切に調整すること
ができ、所定位置における被検出対象物の有無を正確に
検出することのできる静電容量式検知装置を得る効果が
ある。

【００５９】また、本発明によれば、固定回路が設けら
れているので、較正操作により得られた状態を安定して
維持でき、停電終了後においても続けて検出動作を行う
ことのできる静電容量式検知装置を得る効果がある。

【００６０】また、本発明によれば、被検出対象物を収
納した容器に測定部を取付け、その測定部から離れた所
望の位置に信号処理部を配設することができるために、
装置設置時の取扱い及び他の機器との接続が容易に行え
る静電容量式検知装置を得る効果がある。

【００６１】また、本発明によれば、バックアップ電源
回路が設けられているので、停電終了後に新ためて較正
操作を行う必要がなく、続けて検出動作を行うことので
きる静電容量式検知装置を得る効果がある。

【００６２】また、本発明によれば、変換回路において
測定部に入力される信号が測定部のインピーダンス変化
を忠実に表わすように構成されているために、正確な較
正操作を行うことのできる静電容量式検知装置を得る効
果がある。

【００６３】さらに、本発明によれば、測定目的及び使
用環境に応じて測定部を選択することのできる静電容量
式検知装置を得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電容量式検知装置の一実施例のブロ
ック図。

【図２】図１の静電容量式検知装置の回路図。

【図３】図１の静電容量式検知装置における共振回路の
出力電圧と周波数の関係を示す特性図。

【図４】図１の静電容量式検知装置における共振回路の
インピーダンスと周波数の関係を示す特性図。

【図５】図１の静電容量式検知装置における各回路の出
力特性図。

【図６】図１の静電容量式検知装置における検出コイル
の出力特性図。

【図７】本発明の静電容量式検知装置の信号処理部の外
観図。

【図８】本発明の静電容量式検知装置の測定部の外観
図。

【図９】本発明の静電容量式検知装置の他の測定部の外
観図。

【図１０】本発明の静電容量式検知装置の他の測定部の
外観図。

【符号の説明】

１ 測定部 ２ 変換回路 ３ ＶＣＯ回路 ４ 制御電圧発生回路 ５ バックアップ電源回路 ６ リセット回路 ７ コンパレータ回路 ８ ピークホールド回路 ９ 検出回路 １０ 信号処理部 １１ 出力回路 １２ 容器 １３ 被検出対象物 １６ 固定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/26 G01F 23/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に収納された被検出対象物の有無
   による静電容量の変化に対応した電圧の交流信号を出力
   する測定部と、前記測定部へ静電容量を検知するための
   周波数を有する信号を出力し前記測定部からの交流信号
   を電気的に処理して静電容量の変動を検知する信号処理
   部とを具備する静電容量式検知装置において、 前記信号処理部が所定間隔を有して階段状に順次変化す
   る制御電圧を有する信号を出力する制御電圧発生回路
   と、 前記制御電圧発生回路から出力される信号を受け前記制
   御電圧に対応して順次周波数を変化する交流信号に変換
   して前記測定部へ出力するＶＣＯ回路と、前記測定部か
   ら順次出力される交流信号を直流信号に変換して、検出
   信号を出力する検出回路と、 前記検出回路の検出信号における最大電圧値信号を保持
   するピークホールド回路と、 前記検出信号と前記ピークホールド回路に保持された最
   大電圧値信号とを比較して、前記検出信号の電圧値の方
   が小さく、且つその差が所定しきい値に達したときに電
   圧固定用信号を前記制御電圧発生回路へ出力するコンパ
   レータ回路と、 前記コンパレータ回路が電圧固定用信号を出力した後、
   前記ピークホールド回路を制御してそこに保持された最
   大電圧値信号を、前記検出信号よりも大きな電圧値の信
   号に固定させる固定回路とを具備し、 前記コンパレータ回路から前記制御電圧発生回路へ前記
   電圧固定用信号が入力されたとき、前記制御電圧発生回
   路はそのとき出力していた制御電圧を固定電圧として維
   持し、前記ＶＣＯ回路はその固定電圧に対応して固定さ
   れた周波数を静電容量を検知するための周波数として出
   力する静電容量式検知装置。
2. 【請求項２】 前記測定部と前記信号処理部が別体で構
   成され、その間を高周波ケーブルにより電気的に接続し
   た請求項１記載の静電容量式検知装置。
3. 【請求項３】 前記制御電圧発生回路から出力される制
   御電圧を停電時に保持するためのバックアップ電源回路
   を有する請求項１記載の静電容量式検知装置。
4. 【請求項４】 前記信号処理部において前記ＶＣＯ回路
   からの出力信号を実質的に定電流を有する信号に変換し
   て前記測定部へ出力する変換回路を有する請求項１記載
   の静電容量式検知装置。
5. 【請求項５】 前記測定部が矩形状、円形状又は棒状に
   構成された測定電極を有する請求項１記載の静電容量式
   検知装置。