JP3644357B2 - Capacitive moisture sensor - Google Patents
Capacitive moisture sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP3644357B2 JP3644357B2 JP2000201620A JP2000201620A JP3644357B2 JP 3644357 B2 JP3644357 B2 JP 3644357B2 JP 2000201620 A JP2000201620 A JP 2000201620A JP 2000201620 A JP2000201620 A JP 2000201620A JP 3644357 B2 JP3644357 B2 JP 3644357B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- moisture
- electrodes
- detection
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分量の検出や水分の有無を検出する静電容量式水分量センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から水分量を測定する方法は、一般には大別すると、赤外線吸収式、マイクロ波式、電気抵抗式、静電容量式、重量式などがある。
【0003】
しかし、上記の赤外線吸収式において透過赤外光を用いる水分量センサでは、検知対象物が赤外光を透過するような材質のものでなければならない。この場合、数mm程度までの薄い紙等には適するが、赤外光を透過させない材質のものには不向きである。さらに反射赤外光を用いる水分量センサでは、検知対象物の表面の凹凸状態、色によって反射条件が大きく左右される。つまり、照射光量に対する光量減少量が水分の吸収によるのか反射条件によるのかが定まらず、精度の良い水分量検知ができないという問題があった。
【0004】
また、マイクロ波式は、複素誘電率によって発生する伝播エネルギ損失量を測定しているため、装置が複雑となって製作コストが高いという問題があった。
【0005】
更に電気抵抗式は、水の電気抵抗式は、水の電気伝導度を用いた抵抗成分の測定を行う方法だが、実際は水分中に含まれる不純物、例えば塩分(NaCl)などが電気分解によってできたイオン伝導度の方が桁違いに大きく、そのため抵抗で測定できる値は、正確には水分中に溶解している不純物濃度が実際のところである。
【0006】
更にまた重量式は、その測定原理からオンライン計測には不向きな方法である。
【0007】
一方静電容量式は比誘電率が水と同等なものが存在すると誤差の要因となるが、比誘電率が20〜50の有機溶剤系物質を含まない上記用途(発酵工程・米等の穀類・茶の葉・タバコの葉・生ゴミ・木材・土壌・コンクリート細骨材、等で、夫々が静止或いは移動している状態で夫々の物質に含まれる水分量をオンライン又はオフラインで検出する場合や、雨検知・バスお湯はり時の水位監視・人体の着席検知等)中に存在する物質では水と同等の比誘電率を有するものがないため、誤差の少ない水分量検知ができ、しかも検知対象物に対して接触させて検知対象物中の水分量を検知できる特徴がある。
【0008】
この静電容量式の原理は、水が分極する物質(誘電体)である性質を用いて、図37に示すように一対の電極100a,100b間の静電容量値を測定してその静電容量値から水分量を検知する方法である。ここで水分量は水分量=水体積/(S×d)で表され、Sは電極100a,100bの面積、dは電極間距離であり、S×dは検知エリアの体積を示す。
そして水分量と静電容量Cxは
Cx=[ε’(水)×水分量+ε’(他)×(1−水分量)]×ε0×S/d
となる。ここで水の比誘電率ε’(水)は80,比誘電率ε’(他)は木材の場合には2、空気の場合には1であり、検知領域内の水分量によって静電容量Cxが決定される。静電容量Cxの値は電極100a,100bの大きさにも依存するが、乾燥状態で数pF、水分が多い状態で数10pFを示す。(例えば、工業計測技術体系編集委員会編:湿度・水分測定 日刊工業新聞社刊 1965 参照)
図38は水分量と静電容量Cxとの関係を示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような検知対象物に対して接触させて検知対象物中の水分量を検知できる静電容量式にあっても、次のような問題があった。
【0010】
つまり図39(a)(b)に示すように構造物たる容器105の内壁の開口部101に絶縁構造物102を配設し、この絶縁構造物102の表面に互いの電極面が対向するように平行配置した電極100a,100bでは電極100a,100b間に検出対象物が埋まって、堆積物として残留してしまい、その結果容量検知回路103は電極100a、100b間の堆積物の水分量を測定することになってしまい検知対象物の水分量を反映しなくなるという問題があった。そのためには堆積残留しないようにな清掃構造が必要になるが、清掃構造を持たせるためには、製作コストの上昇を招くという問題があった。尚容量検知回路103の検知出力を入力する出力部104は容量検知回路103が検知する静電容量値から水分量に相当する電気量、例えば電圧値を持つ電圧信号を出力する。
【0011】
また容器105内に電極100a,100bが突出することになり、そのため容器105内の検知対象物の移動を阻害し、また電極100a、100bに荷重がかかったり、他の部分に堆積物が残留してしまうという問題があった。そのため電極100a,100bの構造に荷重に耐えるだけの強度を持たせることが必要になり、結果電極構造が大きくなったり、製作コストが上昇するという問題があった。
【0012】
尚図39(b)中Cxは検知対象物による静電容量を示す。
【0013】
本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、一対の電極によって構成される電界領域を検知領域とするときに、検知領域中に含まれる水分量を、検知対象物の静止中及び移動中の何れにおいてもリアルタイムで誤差無く測定でき、また中心の電極と絶縁体との間に生じる浮遊容量の影響を排除できる静電容量式水分量センサを提供することにある。、
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的とするところは、請求項1の発明では、一対の電極によって構成された電界領域を検知領域とし、上記一対の電極中の少なくとも一方の電極が絶縁体を介して検知対象物に接する面を検知感度面とする電極部と、上記検知領域内に存在する水分量で決定される静電容量値を検知する容量検知回路及び該容量検知回路が検知した静電容量値から水分量に相当する電気量を持つ電気信号を出力する出力回路から少なくとも構成される水分量センサ回路部と、から成り、上記一対の電極を、第1の電極と、この第1の電極を囲むように形成した環状の第2の電極とで構成し、第2の電極の内縁と、第1の電極の外縁との距離を全周に亘って略同一とするとともに、上記各電極が絶縁体に形成した凹部の底部に位置し、該凹部を形成するリブの高さ位置若しくは凹部の内壁面に記した高さ位置の印を基準として各電極の露出面を被蔽する絶縁物を凹部内に埋めて成ることを特徴とする。
【0018】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記第1の電極の幅と第2の電極の幅とを略同一の幅としたことを特徴とする。
【0020】
請求項3の発明では、請求項1又は2記載の何れかの発明において、上記水分量センサ回路部を被蔽するシールドボックスを、回路部品の放熱板として用いることを特徴とする。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【0036】
(実施形態1)
図1は本実施形態の静電容量式水分量センサ30全体の斜視図を示しており、底浅で底面の外形状が略正方形で、内底部の中央の円形状凹部10に電極部を配設した合成樹脂製の絶縁体からなる水分量センサ筐体1と、この水分量センサ筐体1内に配置されるプリント基板からなる回路基板2と、この回路基板2の回路部品実装部を覆うように回路基板1上に配置されるシールドボックス3と、水分量センサ筐体1の開口部にパッキン4を介して被着される金属板のような導電体からなる蓋29とで構成される。
【0037】
水分量センサ筐体1は、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の成形材料により成形されたもので、電極部を配設する凹部10の底部の厚みを5mm乃至0.1mm程度に形成している。凹部10は図2(a)〜(c)に示すように底壁を外方向に膨出させることで形成され、中心に円形の電極5aと、この電極5aを囲むように同心状に配設した円環状の電極5bとを配設しており、電極部はこれら電極5a、5bにより構成され、凹部10に対応する水分量センサ筐体1の膨出部22の外面が検知対象物と接する検知感度面23を構成する。
【0038】
電極5a、5bは例えば電極形状に打ち抜き加工した金属導電板(例えば銅、銅にメッキしたもの等)を凹部10の所定位置に接着固定し、シリコンゴム、エポキシ樹脂などの絶縁シール材からなる充填物11を凹部10内に充填して電極5a、5bを被蔽する。この充填物11としては特に低誘電率の材料が望ましく、例えばシリコンゴムでは比誘電率が2乃至5程度である。この充填物11は、水分量センサ筐体1内で結露が発生したときに、電極5a、5b間が結露した水によって短絡するのを防止するためのものである。
【0039】
回路基板2は凹部10の周辺の水分量センサ筐体1の底面に4隅付近に一体立設してある柱体12上に載置した状態で図3に示すように柱体12の孔12aに固定ねじ13を基板上面側に螺入締結することで固定される。この回路基板2上には図3に示すように水分量センサ回路部たる水分量センサ回路ブロック9を構成する電子部品が実装され、更に電子部品を覆うように板金加工によって形成された金属製のシールドボックス3が載置固定されている。回路基板2上の回路と電極5a、5bとはリード線40を介して接続されている。また蓋29と回路基板2の動作基準点αとはリード線40’により接続されている。
【0040】
水分量センサ回路ブロック9は、図4に示すように電極部を構成する一対の電極5a、5b間の電界領域により構成される検知領域の静電容量値Cxを検知する容量検知回路6と、容量検知回路6が検知する静電容量値に応じた電気量、例えば電圧信号を出力する出力回路7と、これら容量検知回路6及び出力回路7に動作電源を供給する電源回路8と、これら回路6乃至8のグランド、つまり容量検知回路6の動作基準点αと、大地βとの間に接続して容量検知回路6の動作基準点αと大地βとの間のインピーダンスを決定するコンデンサCEとから構成され、回路基板1上に被着されるシールドボックス3によりシールドされ、また上記動作基準点αがシールドボックス3に接続される。
【0041】
容量検知回路6の具体回路としては図5に示すPLL回路を用いた回路が使用される。この図5の回路は電極5a、5b間に存在する検知対象物の水分量による静電容量Cxによって発振周波数が決定される発振回路15を用い、この発振周波数の変化を位相比較器16,ローパスフィルタ17、VCO18からなるPLL回路19により検出して検出周波数に応じて電圧を得、この電圧を出力回路7の所望の特性に調整し、水分量に応じた電圧を持つ信号を出力するようになっている。つまり電極5a,5b間に存在する検知対象物に含まれる水分量が増加すると、発振回路15の発振周波数が下がり、逆に水分量が減少する場合には発振回路15の発振周波数が上がり、PLL回路19内では発振周波数に応じてVCO18の周波数を制御して、ローパスフィルタ17から出力される電圧を水分量に対応させて変化させるのである。出力回路7ではこの出力を受けて検出させる水分量の増減に応じて出力電圧を一定の比率で増減させる特性調整を行う。
【0042】
電源回路8は例えば3端子レギュレータICなどにより構成される。
【0043】
さて電源回路8及び出力回路7は、一端が回路基板1側回路に接続され、他端側を図3に示すようにシールドボックス3、蓋29を介して外部に導出したケーブル20の先端に設けたコネクタ21を用いて外部の操作盤14に接続されるようになっており、ケーブル20を介して操作盤14から電源回路8の電源が供給され、また出力回路7の出力信号が操作盤14へ送出される。
【0044】
図3に示すシールドボックス3は水分量センサ回路ブロック9を電磁遮蔽するものである。
【0045】
而して上述のように構成した本実施形態の水分量センサ30を検知対象物Xを入れている容器31の壁面に取り付けるに当たっては、図3に示すように容器31の壁面に開口した窓孔32に水分量センサ筐体1の凹部10に対応する膨出部22を容器31の外側から嵌合する。ここで膨出部22の突出量と容器31の壁の厚さとを略同じ寸法に設定しており、従って窓孔32に膨出部22を嵌め込む際に、膨出部22の周辺の水分量センサ筐体1の外底面と容器31の外壁面とを直接当てて位置決めを行い、容器31内に臨む膨出部22の外面、つまり検知感度面23は容器31の内壁面と同一面(面一)となるように配置される。そして蓋29、パッキン4、水分量センサ筐体1の4角に設けた孔28a,28b,28cを貫挿させた取り付けボルト(図示せず)により容器31に水分量センサ30を固定する。
【0046】
かように本実施形態の水分量センサ30を上述のように容器31に取り付け場合には、電極5a、5bが直接検知対象物Xに触れることがなく、また検知感度面23が容器31内に突出することもない。従って、電極5a、5B間に検知対象物Xが埋まったり、移動を阻害することがなく、例えば検知対象物Xが発酵工程の発酵物・米・穀類・茶葉・タバコの葉・生ゴミ・木材・土壌・コンクリート細骨材など何れにおいても、一対の電極5a、5bによって構成される電界領域を検知領域とするときに、その検知領域中に含まれる水分量を、検知対象物Xが静止中であっても、あるいは攪拌、搬送などの移動中においてもリアルタイムで誤差無く検知することができる。
【0047】
また本実施形態では図6(a)に示すように中心の電極5aに対して環状の電極5bで囲繞し、その両者間の距離d2を全周に亘って同じとしているため、中心の電極5aから発生する浮遊容量の外部への電気力線の漏れ量が少なくなり、中心の電極5aと容器31との間の浮遊容量の影響を低減でき、更に電極5aの幅、つまり直径d0と、電極5bの幅d1を同一としているため、電気力線の密度が図6(b)で示すように電極5a,5bで同一となり、そのため浮遊容量が減少して、大地βの電位などの変動や、漏れ電流による電位の変動に対しても誤動作の少ない水分量センサ8を実現している。
【0048】
尚図7(a)に示すように電極5aを正方形で、周囲を囲む電極5bを4周枠状に形成して、電極5aの一辺の長さd0と、電極5bの幅d1とを同じ寸法とし、両者の並行する辺間の距離d2を4周とも同じ寸法としても良い。この場合も浮遊容量に対する影響を低減することができる。
【0049】
また中央の電極5aの形状を正方形や円形ではなく、図7(b)に示すように長方形、或いは同図(c)に示すように長円形、更には図7(d)に示すように楕円形とし、夫々に対応した環状の電極5bを組み合わせても良い。尚各図においてd0=d1とし、両電極5a,5bの距離d2は夫々の例において、全周に亘って同じ距離とする。
【0050】
ところで、上記検知感度面23の位置決めのために、水分量センサ筐体1の平坦な外底面と容器31の外壁面とを当接する形により当て面を構成していたが、図8に示すように水分量センサ筐体1の外底面の4隅部に突出部24を形成し、この突出部24先端面を容器31の外壁面に当接する形で検知感度面23の位置決めの当て面を構成しても良い。
【0051】
或いは図9に示すように水分量センサ筐体1の外底面22の4隅に対応して容器31の外壁面に突出部31aを形成し、この突出部1aの先端面に水分量センサ筐体1の外底面に当接する形で検知感度面23の位置決めの当て面を構成しても良い。
(実施形態2)
ところで上記実施形態1は検知対象物Xが入っている容器31の外壁面及び内壁面が共に平坦な面に対応するものであったが、少なくとも内壁面が曲面となっているような場合には、検知感度面23を容器31の内壁面と面一にはできない。
【0052】
そこで本実施形態では図10に示すように膨出部22の外面、つまり検知感度面23を容器31の円弧状の内壁面と面一となるように曲面としてある。この場合膨出部22の壁、つまり凹部10の底壁の厚さを略等しく、凹部10の底部に配設する電極5a、5bと検知感度面23までの距離を等しくしてある。
【0053】
また内外の壁面が共に曲面となっている円筒状の容器31の場合、膨出部22周辺の水分量センサ筐体1外底面が平坦面のままでは容器31の外壁面に当接させることができない。そこで図11に示すように容器31の窓孔32に膨出部22を外部より嵌め込んだ際に、膨出部22の外面、つまり検知感度面22が丁度容器31の内壁面と面一となるように位置決めするための当て部として、水分量センサ筐体1の4角付近の外底面に先端面を当接する円柱状のボス33を設けてある。ここで容器31が、金属製の場合にはボス33を溶接固定する。図11中34はその溶接部位を示す。
【0054】
(実施形態3)
上記実施形態1,2では電極5a,5bの配設面が凹部10の連続した同一の面で形成された底面とするとともに、各電極5a、5bから膨出部22の外側の検知感度面23迄の距離を等しくしてあるが、両電極5a,5bから検知感度面23までの距離を等しくする必要がない。
【0055】
そこで本実施形態では図12(a)〜(c)に示すように水分量センサ筐体1の凹部10の底面中央部を周囲よりも高くした突出台25を形成し、この突出台25の上面に電極5aを配設し、周囲の低い底面に電極5bを配設した構成を採用している。この場合電極5aを配設する突出台25部位の絶縁物の厚さを均一にし、また同様に電極5bを配設する底面部の絶縁物の厚さを均一し、また膨出部22の外側の検知感度面23を同一面としてある。
【0056】
尚その他の構成は実施形態1と同じであるので、図示は省略する。
【0057】
而して本実施形態では、各電極5a、5bを配設している部位の絶縁物の厚さが夫々において均一であるため感度差を生じず、実施形態1と同様に一対の電極5a、5bによって構成される電界領域を検知領域とするときに、その検知領域中に含まれる水分量を、検知対象物Xが静止中であっても、あるいは攪拌、搬送などの移動中においてもリアルタイムで誤差無く検知することができる。
【0058】
(実施形態4)
上記実施形態1乃至3の何れも電極5a,5bは電極形状に打ち抜き加工した導電性金属板を凹部10の底面に接着して配設する構成であるが、本実施形態では、電極配設位置を示すように電極形状に相当する凹み印である凹み部A,Bを水分量センサ筐体1の凹部10内に一体形成したリブ26…で囲む形で図13乃至図15に示すように形成し、中央の凹み部Aを電極5aの配設部位、また外側の環状の凹み部Bを電極5bの夫々配設部位としている。
【0059】
ここで配設する電極5a、5bを形成する材料としては電極形状に打ち抜き加工した導電性金属板であっても、或いは金属テープ、更には金属粉であっても良い。金属テープや金属粉は実施形態1乃至3の電極5a、5bにも採用できる。
【0060】
その他の構成は実施形態1乃至3の何れかを適用できるため、ここでは図示及び説明は省略する。
【0061】
このように本実施形態では凹み部A,Bにより電極配設位置の位置決めを確実に設定できるため、電極5a、5bの位置のばらつき等も無くなり特性も安定する。
【0062】
(実施形態5)
上記実施形態1乃至4では電極5a、5bとして電極形状に打ち抜き加工した導電性金属板等の電極材料を水分量センサ筐体1の凹部10の所定位置に接着固定する構成であるが、本実施形態では、図16に示すように水分量センサ筐体1を成形する際に電極5a、5bを形成する導電性金属板を凹部10の底壁に相当する部位にインサートして埋め込み配設したものである。
【0063】
このように構成した本実施形態ではインサート成形により水分量センサ筐体1の製作と同時に電極5a、5bの配設が行え、また電極5a、5bを構成する導電性金属板に適度の厚さのものを使用することで、凹部10の底壁の強度を強くすることができる。
【0064】
更に電極5a、5bの一部を凹部10より上方に突出させて、図17に示すように回路基板2に直接半田付けする接続端子41a、41bを形成することで、電極5a、5bと回路基板2とを接続するリード線を不要としている。
【0065】
その他の構成は実施形態1乃至3の何れかを適用できるため、ここでは図示及び説明は省略する。
【0066】
(実施形態6)
ところで、水分量センサ30を取り付ける容器31の内壁面が曲面である場合、上述のように検知感度面23も面一となるように曲面とする必要がある。一方検知感度面23と各電極5a,5bとの間の距離、つまりその間に介在する絶縁物の厚さも略均一にする必要があるため配設面も曲面に形成している。
【0067】
一方配設面に合わせて電極5a,5bの面も一致するように曲面に仕上げなければならず、導電性金属板で電極を形成する場合、金型に頼らざるを得ず、結果コストアップになるという課題がある。また接着固定による場合剥離が生じ易いという問題があった。
【0068】
一方、実施形態4のようにインサート成形により電極5a、5bを水分量センサ筐体1の凹部10の底壁に埋設する場合、電極5a,5bと検知感度面23との間の距離、つまりその間の絶縁物の厚みを管理するために、合成樹脂を成形金型に流し込む圧力に耐えてインサートする導電性金属板の位置が所定の位置に保持する保持構造が金型に必要となるが、この構造は複雑で、結果コストアップにつながるという課題がある。
【0069】
また水分量センサ筐体1を形成する樹脂材料と、金属導電板との弾性係数が異なるため、容器31内に面する検知感度面23に検知対象物Xからの荷重がかかる使用下では、検知感度面23を形成する樹脂成形部位が撓んで、インサートされた金属導電板と成形樹脂との境界で、樹脂成形部位に割れが生じる恐れがある。
【0070】
そこで、本実施形態は銅、アルミニウム等の金属蒸着膜を水分量センサ筐体1の凹部10の所定の位置に形成して、その金属蒸着膜により電極5a、5bを構成したものである。
【0071】
つまり図18或いは図19に示すように実施形態4と同様に凹部10の底面にリブ26…で囲まれた形成された凹み部A,Bに金属蒸着膜を蒸着して夫々の凹み部A,Bに蒸着された金属蒸着膜を電極5a、5bとする。そしての電極5a、5bの表面には腐食防止のために半田メッキ或いは金メッキを施して保護膜とする。
【0072】
ここで電極形成方法としては、上記凹み部A,Bに金属蒸着膜を形成するように蒸着をコントロールするか、周辺を含めて金属蒸着膜を形成し、この形成後電極5a、5bを構成する部位を除くように選択的に剥離して形成する方法の何れかがあるが、適宜何れかの方法を採用すればよい。
【0073】
以上のように本実施形態では電極5a、5bを金属蒸着膜により構成するため、樹脂成形部位の割れや、電極5a、5bの剥離が生じ難く、また電極5a、5bと検知感度面23までの距離、つまりその間に介在する樹脂成形部位の厚みの管理が容易となる。
【0074】
また中央部から放射状にリブを形成することで水分量センサ筐体1の強度を高めることができる。
【0075】
尚その他の構成は実施形態1乃至4の構成を採用すれば良いので、図示及び説明を省略する。
【0076】
(実施形態7)
上述の何れの実施形態1乃至6においも、水分量センサ筐体1内部に発生する結露の水により電極5a,5b間が短絡されるのを防止するために、例えば図2(c)に示すように凹部10に充填物11を充填して電極5a、5bを覆い隠す構成するようにしているが、この充填物11の量は重量や体積容量で略管理できるが、その充填物11の高さが異なると、水分量センサ筐体1内部の静電容量値が異なることになるため、充填物11の量、特に高さを管理する必要がある。そこで図20に示すように電極5a、5bを配設する凹部10の底部から開口部までの高さHを、充填物11をその高さHまで充填したときに水分量センサ筐体1内部の静電容量値が所定値となるように設定したのが本実施形態である。
【0077】
従ってこの凹部10の深さHまで充填物11を充填することで、水分量センサ筐体1内部の静電容量値を所定に値に安定化させることができる。
【0078】
また実施形態4乃至6のようにリブ26により電極5a、5bの配設部位となる凹み部A,Bを形成する場合には、図21に示すようにこのリブ26の高さH’を所定の高さに設定することで、その高さH’まで、凹み部A,B内に充填物11を充填することで、水分量センサ筐体1内部の静電容量値を所定の値に安定化させることができる。
【0079】
尚充填物11による静電容量値は次の通りとなる。
【0080】
つまり図22に示すように電極5a、5bを配設している凹部11に充填している充填物11の高さをHとし、また電極5a、5bと検知感度面23との間に介在する合成樹脂成形部位の厚さをhとすると、検知対象物側(Cx)の等価回路は図23(a)に示すように合成樹脂成形部位の静電容量値Caと、検知対象物の水分量による静電容量値Cbと、合成樹脂成形部位の静電容量値Ca’の直列回路で示すことができる。ここで合成樹脂成形部位の静電容量値はCa(及びCa’)或いはCx=K/H’で表せる。尚Kは合成樹脂成形部位の誘電率と電極5a又は5bの面積とで決まる定数である。
【0081】
一方充填剤側(Cx’)の等価回路は図23(b)に示すように充填剤11の静電容量値Ccと、空気による静電容量値Cdと、充電剤11の静電容量値Cc’の直列回路で示すことができる。ここで合成樹脂成形部位の静電容量値はCc(及びCc)或いはCx’=K/Hで表せる。尚Kは充填物11の誘電率と電極5a又は5bの面積とで決まる定数である。
【0082】
従って充填物11側の静電容量値Cx’はその厚さ(高さ)Hによって変わることになり、この厚さ(高さ)Hの管理が必要となるのである。
【0083】
(実施形態8)
上記実施形態1乃至7では回路基板2上に実装している水分量センサ回路ブロック9を覆うようにシールドボックス3を回路基板2上に配設して電磁遮蔽を図っているが、一層確実な電磁遮蔽を図るために、シールドボックス3以外に本実施形態では、図24、図25に示すように水分量センサ筐体1の内壁面及び凹部10の周辺の底面に沿うように板金加工した例えば銅からなる金属シールド枠27を配設し、図4に示す回路において、水分量センサ回路ブロック9の回路の動作基準点αたるグランド(0V)のラインにシールドボックス3とともに接続する。
【0084】
而して本実施形態では、シールドボックス3及び金属シールド枠27の働きにより、水分量センサ回路ブロック9で用いる周波数帯域(数10MHz〜数百MHz)に合致するFM放送やアマチュア無線周波数の電オアが到来しても遮蔽でき、誤動作要因を排除できる。また逆に内部から輻射電波が外部に放射されるのを防止することができ、外部機器の誤動作を誘発する恐れを無くすことができる。
【0085】
図示する本実施形態のその他の構成は実施形態1に準ずるため、同じ構成要素に同じ符号を付して、説明は省略する。なお金属シールド枠27を用いる構成は実施形態1以外の実施形態2〜7或いは後述する実施形態にも適用できるのは言うまでもない。
【0086】
(実施形態9)
ところで上記何れの実施形態においても水分量センサ回路ブロック9を覆うようにシールドボックス3が回路基板2上に配設されるが、本実施形態は、このシールドボックス3を、水分量センサ回路ブロック9の電源回路8を構成する3端子レギュレータ80の放熱板として兼用させたものである。
【0087】
つまり図26(a)〜(c)に示すようにシールドボックス3の側端部よりボックス外側に一体形成した取付片3a上に3端子レギュレータ80のパッケージ面及び放熱金属板部を接面させてねじ81及びナット82により固定してある。
【0088】
ここで3端子レギュレータ30は、数10MHz〜数百MHzの高周波周波数域を使用し、静電容量値が数pF程度などのインピーダンスが数百Ωという極小のため、数百mAという電流が高速で流れて発熱しやすいものである。
【0089】
一方水分量センサ筐体1は小型化が要求され、放熱板単体を専用に用いると大型化と、コスト高と、部品増を招くため、放熱板の採用を避ける必要がある。
【0090】
これらの点から本実施形態のように3端子レギュレータ80の放熱板としてシールドボックス3を兼用させることで、放熱板を別途設けることなく、3端子レギュレータ80の放熱を図ることができる。
【0091】
(実施形態10)
上述したように、各実施形態の水分量センサ30は一対の電極5a、5bで構成される検知領域の静電容量値を容量検知回路6にて検知して水分量に相当する電気量を持つ電気信号を出力回路7から出力するものであるが、実際の容量検知回路6の動作は一対の電極5a、5bで構成される静電容量値Cxのみで動作するのでなく、例えば図27(a)に示すように容器31の壁面と外側の電極5bとの間に浮遊容量C1が存在し、この浮遊容量C1が回路動作を不安定にする要因となっている。
【0092】
また水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αは電気的には大地から浮いているが、検知対象物Xを入れる容器31が導電体の場合、容器31自体は大地βに接続(接地)されている状態にある。従って上記動作基準点αの電位と、大地βとの間には何らかのインピーダンスが存在する。このインピーダンス特性は水分量センサ30外に依存するために規定できない。
【0093】
そこで本実施形態ではこのインピーダンスより明らかに小さいインピーダンスを持つ電子部品を挿入して、動作基準点αと大地β間のインピーダンスを決定する回路構成とする。
【0094】
ここで上述の各実施形態の何れの水分量センサ30も、導電体である容器31を、導電体である取り付けボルトによって固定され、一方、水分量センサ30の水分量センサ筐体1の蓋29は導電体から形成されており、そのため蓋29は取り付けボルトと容器31とを介して大地βに電気的に接続されている。
【0095】
従って蓋29と動作基準点αとの間、動作基準点αと大地βとの間のインピーダンスを決定する電子部品、例えばコンデンサCEを図27(a)に示すように挿入している。
【0096】
容器31の壁面と、外側の電極5bとの間に発生する浮遊容量C1は、上記コンデンサCEと併せて容量検知回路6上、図27(b)に示すようになり、コンデンサCEと浮遊容量C1との合成容量値Cは,C=(C1×CE)/(C1+CE)となり、この合成容量値Cが容量検知回路6の誤動作要因となる。
【0097】
また、浮遊容量C1は検知対象物Xの水分量によって変化する値である。なぜなら、本来検知したい静電容量値Cxと同様に電極5bと容器31との間における検知対象物Xの水分量によって変化する。
【0098】
ここで上記合成容量値Cをなるべく一定にするためには、浮遊容量C1≫CEとすれば、C=CEとなり容量検知回路6の動作はCxによってのみ動作することになる。従って浮遊容量C1を大きくするためには、構造的に外部の電極5bと、容器31の壁面との距離を出来るだけ近付ければ良い。
【0099】
例えば図28に示すように実施形態1の構造と同等の構造において、外側の電極5bの外径をφ90mmとした場合、この電極5bと同心となる膨出部22の外径をφ110mmとし、容器31の窓孔32の内面と電極5bとの距離を略10mmと狭くして、浮遊容量C1が大きくなるようにしている。
【0100】
尚図27のZ1,Z2は容量検知回路6内のインピーダンス素子、APは演算増幅器である。
【0101】
本実施形態の構成は上述の実施形態の何れにおいても採用できる構成である。従って、その他の構成はここでは図示せず、また説明も省略する。
(実施形態11)
上記の各実施形態では、水分量センサ30の水分量センサ筐体1に一対の電極5a,5bを設けた構成であるが、検知対象物Xが入っている容器31が金属容器の場合、この容器31を検知領域を構成する一対の電極の一方として使用することができる。この容器31を電極としたのが本実施形態である。つまり図29に示すように水分量センサ筐体1の凹部10の底面中央に実施形態1と同様な電極5aを配設し、この電極5aとで検知領域を構成する電極を、水分量センサ筐体1を取り付ける金属製の容器31により構成し、この容器31を図30に示すように大地βに接続するとともに、水分量センサブロック8の回路の動作基準点αに接続してある。
【0102】
而して本実施形態の水分量センサブロック8では、容器31により構成される電極と、水分量センサ筐体1の凹部10に配設した電極5aとによって構成された電界領域を検知領域とし、電極5aが配設されている凹部10を形成する膨出部22の外面を上記の各実施形態と同様に検知感度面23として容器31内の検知対象物Xの水分量を検知する。
【0103】
尚水分量センサブロック8の回路構成は実施形態1の構成に準ずるものとする。
【0104】
また水分量センサ筐体1内の構造及び電極5aの構成は実施形態1に準ずる構造としているので、同じ構成要素には同じ符号を付し説明を省略するが、上述の他の実施形態の構成を採用しても勿論良い。
(実施形態12)
ところで本発明を静電容量式水分量センサを、例えば微生物の寄生した生ゴミ処理剤の水分量を測定する水分量センサに用いるとき、実際には、生ゴミ処理槽内部には、生ゴミ処理剤とともに、生ゴミ自体も存在する。そして生ゴミを構成する成分を実測したところ水分が多かった。
【0105】
検知対象物Xである生ゴミ処理剤の水分量は、重量%で最大でも60%程度であり、もっと乾燥側にあるのが一般的である。検知対象物Xがこのような水分量なのに、生ゴミ自体が電極5a、5b間で形成される検知領域を占めてしてまうと、生ゴミの水分量に対応した検知出力を水分量センサが出力してしまい、本来必要な生ゴミ処理剤の水分量を測定できなくなる。
【0106】
ところで、生ゴミの一般的な大きさは、生ゴミ処理機内に投入後直ちに粉砕し、その粉砕後の生ゴミを実際に種々の目の大きさのふるいにかけて、残留した生ゴミの比率を求めたところ、概ね15mm程度の大きさに生ゴミが粉砕されていることが分かった。従って、検知領域として余裕をみて、20mm程度以上あれば、検知領域を生ゴミが埋め尽くすということが起きないことが分かった。
【0107】
そこで本発明者らは検知領域を決定する一対の電極5a,5bの寸法や距離と、検知領域との関係を図31に示す実験用電極部を用いて求めた。
【0108】
この実験は、厚さ0.1mmで長さが115mmの銅箔テープからなる短冊状の一対の電極5a,5bの電極幅Wが24mm、両電極5a,5b間の距離Pが2mmである電極構成の電極部と、厚さ、長さが上記と同じ銅箔テープからなる短冊状の一対の電極5a,5bの電極幅Wが10mm、両電極5a,5b間の距離Pが30mmである電極構成の電極部と、厚さ、長さが上記と同じ銅箔テープからなる短冊状の一対の電極5a,5bの内一方の電極幅Wが5mm、他方の電極幅Wが25mm、両電極5a,5b間の距離Pが20mmである電極構成の電極部とを用いて行い、厚さが1mmで一辺の長さが115mmの正方形状の底面を持ち、高さが40mmの箱状の非導電性樹脂ケースPCの外底面に各電極5a、5bを貼り着し、樹脂ケースPCの内部に水を入れ、この時の水位を5mm、10mm、25mm、…と増加させていったときの電極間容量を測定したところ、夫々の電極部の電極間容量は図32に示すような値となった。図32中イは電極5a,5bの電極幅が24mm、両電極5a,5b間の距離が2mmである電極構成の電極部の電極間容量の測定結果、ロは電極5a,5bの電極幅が10mm、両電極5a,5b間の距離が30mmである電極構成の電極部の電極間容量の測定結果、ハは電極5a,5bの内一方の電極幅が5mm、他方の電極幅が25mm、両電極5a,5b間の距離が20mmである電極構成の電極部の電極間容量の測定結果を示す。
【0109】
この結果から水位を増やしても電極間容量が変化しなくなる水位を、電極面からの奥行き方向の検知領域Dとすると、検知領域Dの奥行き寸法が電極5a,5bの互いに並行し且つ遠い方の端縁間、つまり全体幅(50mm)の距離の約半分であることが分かった。
【0110】
而して、上述の条件を満たした、生ゴミ処理機の水分量の検知対象物Xである生ゴミ処理剤の水分量を検出する水分量センサを構成することにより、正確に生ゴミ処理剤の水分量を検知できるようになった。
【0111】
そこで、上記のような条件を基に検知対象物Xに混合される混合物に対処させて例えば実施形態1の構成において、円形の電極5aと、環状の電極5bとの関係を図33(a)(b)に示すように直径がd0の円形状の電極5aに対して内径が(d2×2)+d0で幅がd1の円環状の電極5bとで電極部を構成すれば、両電極5a、5bの並行する端縁の遠方の間の距離(d1+d2+d0)が検知領域Dの奥行き寸法(L/2)<生ゴミ処理剤の場合20mmとすると>の倍以上(L)となるように電極5a、5bの幅寸法及び間隔を設定することで、検知領域Dに対応する検知対象物X以外である生ゴミが検知領域を埋め尽くすことがない電極部を実現できた。
【0112】
つまり両電極5a、5bの並行する端縁の遠方の間の距離を検知対象物X以外の混合物の大きさの2倍以上とすることで、検知領域を混合物が埋め尽くすことがなくなり、検知対象物Xの水分量を検知する事が確実に行えるのである。
【0113】
図34(a)は図7(a)に示す形状の電極5a,5bに対応させた場合を示しており、この場合中央の電極5aの一辺の寸法をd0とし、周囲の電極5bの幅寸法をd1とし、電極5aの辺と、これに対向する電極5bの内側の辺との間の寸法をd2とした場合、一対の電極5a,5bの大きさにより決定される検知領域Dの奥行き寸法を上記の条件である20mm以上を満足するためには、実験の結果に基づいて、両電極5a,5bの並行する端縁の内互いに遠い方にある端縁間の距離(=d1+d2+d0)が図34(b)に示すように検知領域Dの奥行き寸法20mm(L/2)の倍(L)以上となるように電極5a、5bの幅寸法及び間隔を設定すれば良い。
(実施形態13)
上述の実施形態12は、検知対象物X以外の混合物の影響を無くすために電極5a,5bの距離を大きくしているが、水分量センサ回路ブロック9の出力回路7の出力値を監視していれば、想定しているよりも明らかに水分量が多いもの、或いは逆に少ないものが検知領域に移動してきたことが判断できる。
【0114】
そこで、本実施形態では、図35に示すように出力回路7の内部に、出力回路7の出力する例えば電圧信号と図36(a)に示すように予め設定している水分量が多いと判断できる基準値VHと、水分量が少ないと判断できる基準値VLとを比較し、両基準値VL,VHの範囲以外に出力回路7の電圧信号のレベルがある場合には図36(b)に示すように混入物の有無を示す信号を操作盤14へ出力する判断回路7aを設けることで、電極5a,5bの距離を混合物の2倍以下でも対処できるようにしてある。
【0115】
つまり本実施形態では、混合物を考慮した電極部を構成する必要がなくなり、電極部を小さくすることが可能となるのである。
【0116】
【発明の効果】
請求項1の発明は、一対の電極によって構成された電界領域を検知領域とし、上記一対の電極中の少なくとも一方の電極が絶縁体を介して検知対象物に接する面を検知感度面とする電極部と、上記検知領域内に存在する水分量で決定される静電容量値を検知する容量検知回路及び該容量検知回路が検知した静電容量値から水分量に相当する電気量を持つ電気信号を出力する出力回路から少なくとも構成される水分量センサ回路部と、から成るので、検知対象物中に含まれる水分量を、検知対象物が静止中は勿論のこと移動中であってもリアルタイムに検知できるものであり、電極部を構成する一対の電極の少なくとも一方が直接検知対象物に触れないため、当該電極の清掃が容易であり、また当該電極が水分中の金属イオンで溶けるという現象も防げ、更に絶縁体により保護されているため、検知感度面の摩耗も均一となって、感度検知面に検知対象物の流れを阻害するよう凹凸ができにくくなり、その結果凹凸による検知対象物の堆積や、流れの阻害を生じる恐れがなく、また他方の電極との間に検知対象物が埋まる恐れも少ないという効果がある。
しかも、上記一対の電極を、第1の電極と、この第1の電極を囲むように形成した環状の第2の電極とで構成し、第2の電極の内縁と、第1の電極の外縁との距離を全周に亘って略同一としたので、中心の電極と絶縁体との間に生じる浮遊容量の影響を排除することができるという効果がある。
更に、上記各電極が絶縁体に形成した凹部の底部に位置し、該凹部を形成するリブの高さ位置若しくは凹部の内壁面に記した高さ位置の印を基準として各電極の露出面を被蔽する絶縁物を凹部内に埋めているので、結露などによる水による電極間短絡を防止することができる上に、絶縁物の高さ位置、つまり絶縁物の量を管理することができ、その結果絶縁物による静電容量値のばらつきを無くして、検知特性を安定化できるという効果がある。
【0131】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、上記第1の電極の幅と第2の電極の幅とを略同一の幅としたので、両電極からの電気力線を等しくでき、その結果浮遊容量の影響を少なくできる。
【0133】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、上記水分量センサ回路部を被蔽するシールドボックスを、回路部品の放熱板として用いるので、回路部品の放熱板を別途設ける必要がなく、そのため水分量センサ筐体の小型化と低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の分解斜視図である。
【図2】(a)は同上の水分量センサ筐体の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の側断面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の凹部に充填物を充填した状態を示す側断面図である。
【図3】同上を容器に取り付けた状態の一部省略せる断面図である。
【図4】同上の回路構成図である。
【図5】同上の水分量センサ回路ブロックの具体的構成図である。
【図6】同上の電極部の説明図である。
【図7】(a)乃至(d)は同上の電極部の他の例の構成説明図である。
【図8】同上の検知感度面の位置決め構成の他の例の断面図である。
【図9】同上の検知感度面の位置決め構成の別の例の断面図である。
【図10】(a)は実施形態2の水分量センサ筐体の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の側断面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の凹部に充填物を充填した状態を示す側断面である。
【図11】同上を容器に取り付けた状態の一部省略せる断面図である。
【図12】(a)は実施形態3の水分量センサ筐体の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の側断面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の凹部に充填物を充填した状態を示す側断面である。
【図13】(a)は実施形態4の水分量センサ筐体の一例の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の一例の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の一例の正面図である。
【図14】(a)は同上の水分量センサ筐体の他の例の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の他の例の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の他の例の側断面図である。
(d)は同上の水分量センサ筐体の他の例のイ−イ断面図である。
【図15】(a)は同上の水分量センサ筐体の別の例の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の別の例の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の別の例の側断面図である。
(d)は同上の水分量センサ筐体の別の例のイ−イ断面図である。
【図16】(a)は実施形態5の水分量センサ筐体の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の側断面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体のイ−イ断面図である。
(d)は同上の水分量センサ筐体の正面図である。
【図17】同上の断面図である。
【図18】(a)は実施形態6の水分量センサ筐体の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の側断面図である。
(d)は同上の水分量センサ筐体のイ−イ断面図である。
【図19】(a)は同上の水分量センサ筐体の別の例の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の別の例の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の別の例の側断面図である。
(d)は同上の水分量センサ筐体の別の例のイ−イ断面図である。
【図20】実施形態7の充填物を充填した状態を示す水分量センサ筐体の断面図である。
【図21】同上のの充填物を充填した状態を示す別の例の水分量センサ筐体の断面図である。
【図22】同上の構成を用いた場合の静電容量値の説明図である。
【図23】(a)は同上の構成を用いた場合の検知対象物側の静電容量値の等価回路である。
(b)は同上の構成を用いた場合の充填物側の静電容量値の等価回路である。
【図24】実施形態8の断面図である。
【図25】同上の水分量センサ筐体の上面図である。
【図26】(a)は実施形態9の要部の側面図である。
(b)は同上の要部の一部省略せる上面図である。
(c)は同上の一部省略且つ破断せるせる側面図である。
【図27】(a)は実施形態10の要部の回路図である。
(b)は同上の要部の等価回路図である。
【図28】同上の説明図である。
【図29】実施形態11の容器に取り付けた状態の断面図である。
【図30】同上の回路構成図である。
【図31】実施形態12の原理説明用の電極部の斜視図である。
【図32】同上の原理説明用の電極部を用いた実験データを示すグラフである。
【図33】同上の電極の一例の説明図である。
【図34】同上の電極の他の例の説明図である。
【図35】実施形態13の回路構成図である。
【図36】同上の動作用タイミングチャートである。
【図37】静電容量式水分量検知センサの原理説明図である。
【図38】検知される静電容量値と水分量の関係説明図である。
【図39】(a)は従来例の電極部の一部省略せる平面図である。
(b)は同上の回路結線図である。
【符号の説明】
1 水分量センサ筐体
2 回路基板
3 シールドボックス
4 パッキン
5a,5b 電極
10 凹部
29 蓋[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a capacitance type moisture content sensor that detects the amount of moisture and the presence or absence of moisture.ToIt is related.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, methods for measuring the amount of water are generally classified into an infrared absorption type, a microwave type, an electric resistance type, a capacitance type, and a weight type.
[0003]
However, in a moisture sensor that uses transmitted infrared light in the above infrared absorption type, the detection target must be made of a material that transmits infrared light. In this case, it is suitable for a thin paper or the like up to about several mm, but is not suitable for a material that does not transmit infrared light. Furthermore, in the moisture amount sensor using reflected infrared light, the reflection condition is greatly influenced by the uneven state and color of the surface of the detection target. That is, there is a problem in that it is not possible to determine whether the amount of light reduction with respect to the amount of irradiation light is due to moisture absorption or reflection conditions, and it is not possible to accurately detect the amount of moisture.
[0004]
In addition, the microwave method measures the amount of propagation energy loss caused by the complex dielectric constant, which causes a problem that the apparatus becomes complicated and the manufacturing cost is high.
[0005]
In addition, the electrical resistance formula is a method of measuring resistance components using the electrical conductivity of water, but in reality impurities such as salt (NaCl) contained in moisture were formed by electrolysis. The ionic conductivity is orders of magnitude greater, so the value that can be measured by resistance is actually the concentration of impurities dissolved in moisture.
[0006]
Furthermore, the gravimetric method is not suitable for online measurement because of its measurement principle.
[0007]
On the other hand, the capacitance type causes an error if a dielectric constant equivalent to that of water is present, but the above-mentioned application (fermentation process / cereal grains such as rice, etc.) that does not contain an organic solvent substance having a relative dielectric constant of 20 to 50・ When detecting the amount of water contained in each substance on-line or off-line with tea leaves, tobacco leaves, garbage, wood, soil, concrete fine aggregate, etc. while each is stationary or moving In addition, since there is no substance with a relative dielectric constant equivalent to that of water among substances present in rain detection, water level monitoring during bath hot water detection, human body seating detection, etc., it is possible to detect the amount of moisture with little error. There is a feature that the amount of water in the detection target can be detected by contacting the target.
[0008]
The principle of the capacitance type is based on the property that water is a substance (dielectric) that polarizes, and the capacitance value between a pair of
And the water content and capacitance Cx are
Cx = [ε ′ (water) × water content + ε ′ (other) × (1−water content)] × ε0 × S / d
It becomes. Here, the relative dielectric constant ε ′ (water) of water is 80, the relative dielectric constant ε ′ (others) is 2 for wood, and 1 for air, and the capacitance depends on the amount of moisture in the detection region. Cx is determined. Although the value of the capacitance Cx depends on the size of the
FIG. 38 shows the relationship between the moisture content and the capacitance Cx.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Even in the capacitance type that can detect the amount of water in the detection object by contacting the detection object as described above, there are the following problems.
[0010]
That is, as shown in FIGS. 39A and 39B, the
[0011]
In addition, the
[0012]
In FIG. 39 (b), Cx represents the capacitance due to the detection target.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems. The object of the present invention is to determine the amount of moisture contained in the detection region when the detection region is an electric field region formed by a pair of electrodes. Measures in real time without error when the object to be detected is stationary or movingIn addition, the effects of stray capacitance between the center electrode and the insulator can be eliminated.It is an object to provide a capacitive moisture sensor. ,
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in the invention of
[0018]
Claim2In the invention of claim1'sThe invention is characterized in that the first electrode and the second electrode have substantially the same width.
[0020]
Claim3In the invention of
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0036]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of the entire
[0037]
The moisture
[0038]
The
[0039]
As shown in FIG. 3, the
[0040]
As shown in FIG. 4, the moisture amount
[0041]
As a specific circuit of the
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
Thus, when the
[0046]
Thus, when the
[0047]
In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the
[0048]
As shown in FIG. 7A, the
[0049]
The shape of the
[0050]
By the way, for the positioning of the
[0051]
Alternatively, as shown in FIG. 9, protrusions 31 a are formed on the outer wall surface of the
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the outer wall surface and the inner wall surface of the
[0052]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 10, the outer surface of the bulging
[0053]
Further, in the case of the
[0054]
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the
[0055]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 12A to 12C, a protruding
[0056]
Since other configurations are the same as those of the first embodiment, illustration is omitted.
[0057]
Thus, in the present embodiment, the thickness of the insulators at the portions where the
[0058]
(Embodiment 4)
In any of the first to third embodiments, the
[0059]
The material for forming the
[0060]
Since any of
[0061]
As described above, in this embodiment, since the positioning of the electrode placement position can be reliably set by the recessed portions A and B, variations in the positions of the
[0062]
(Embodiment 5)
In the first to fourth embodiments, an electrode material such as a conductive metal plate punched into an electrode shape as the
[0063]
In the present embodiment configured as described above, the
[0064]
Further, a part of the
[0065]
Since any of
[0066]
(Embodiment 6)
By the way, when the inner wall surface of the
[0067]
On the other hand, the surfaces of the
[0068]
On the other hand, when the
[0069]
In addition, since the elastic coefficient of the resin material forming the
[0070]
Therefore, in the present embodiment, a metal vapor deposition film such as copper or aluminum is formed at a predetermined position of the
[0071]
That is, as shown in FIG. 18 or FIG. 19, as in the fourth embodiment, a metal vapor deposition film is deposited on the recesses A and B formed on the bottom surface of the
[0072]
Here, as an electrode forming method, the deposition is controlled so as to form a metal vapor deposition film in the recesses A and B, or a metal vapor deposition film including the periphery is formed, and the
[0073]
As described above, in this embodiment, since the
[0074]
Moreover, the intensity | strength of the moisture content sensor housing | casing 1 can be raised by forming a rib radially from a center part.
[0075]
In addition, since the structure of
[0076]
(Embodiment 7)
In any of the first to sixth embodiments described above, in order to prevent the
[0077]
Therefore, by filling the filler 11 up to the depth H of the
[0078]
Further, in the case where the recesses A and B, which are the arrangement portions of the
[0079]
The capacitance value due to the filler 11 is as follows.
[0080]
That is, as shown in FIG. 22, the height of the filling 11 filling the recess 11 in which the
[0081]
On the other hand, as shown in FIG. 23B, the equivalent circuit on the filler side (Cx ′) is the capacitance value Cc of the filler 11, the capacitance value Cd of air, and the capacitance value Cc of the charging agent 11. It can be shown by a series circuit of '. Here, the capacitance value of the synthetic resin molding part can be expressed by Cc (and Cc) or Cx ′ = K / H. K is a constant determined by the dielectric constant of the filler 11 and the area of the
[0082]
Accordingly, the capacitance value Cx ′ on the side of the filling 11 changes depending on the thickness (height) H, and management of the thickness (height) H is necessary.
[0083]
(Embodiment 8)
In the first to seventh embodiments, the
[0084]
Thus, in the present embodiment, the FM broadcast or amateur radio frequency electric OR that matches the frequency band (several tens of MHz to several hundreds of MHz) used in the moisture amount
[0085]
Since the other configuration of the present embodiment shown in the figure is the same as that of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Needless to say, the configuration using the
[0086]
(Embodiment 9)
In any of the above embodiments, the
[0087]
That is, as shown in FIGS. 26 (a) to 26 (c), the package surface of the three-
[0088]
Here, the three-
[0089]
On the other hand, the
[0090]
From these points, by using the
[0091]
(Embodiment 10)
As described above, the
[0092]
The operation reference point α of the moisture
[0093]
Therefore, in this embodiment, an electronic component having an impedance that is clearly smaller than this impedance is inserted, and the circuit configuration is such that the impedance between the operation reference point α and the ground β is determined.
[0094]
Here, in any of the
[0095]
Accordingly, an electronic component that determines the impedance between the
[0096]
The stray capacitance C1 generated between the wall surface of the
[0097]
The stray capacitance C1 is a value that varies depending on the moisture content of the detection target X. This is because it varies depending on the moisture content of the detection object X between the
[0098]
Here, in order to make the composite capacitance value C as constant as possible, the stray capacitance C1 >> CEThen C = CEThus, the operation of the
[0099]
For example, in the structure equivalent to the structure of the first embodiment as shown in FIG. 28, when the outer diameter of the
[0100]
In FIG. 27, Z1 and Z2 are impedance elements in the
[0101]
The configuration of this embodiment can be adopted in any of the above-described embodiments. Therefore, other configurations are not shown here, and descriptions thereof are omitted.
(Embodiment 11)
In each of the above embodiments, the
[0102]
Thus, in the moisture
[0103]
The circuit configuration of the
[0104]
The structure of the
By the way, when the present invention uses a capacitance type moisture sensor, for example, as a moisture sensor for measuring the moisture content of a garbage treatment agent infested with microorganisms, the garbage treatment tank actually has a garbage treatment inside. Along with the agent, there is also garbage itself. And when the component which comprises a garbage was measured, there was much moisture.
[0105]
The moisture content of the garbage treatment agent that is the detection target X is about 60% at the maximum by weight%, and is generally on the dry side. Even if the detection target X has such a moisture content, if the garbage itself occupies a detection region formed between the
[0106]
By the way, the general size of garbage is crushed immediately after being put into the garbage processing machine, and the crushed garbage is actually passed through various sieve sizes to obtain the ratio of the remaining garbage. As a result, it was found that the garbage was crushed to a size of about 15 mm. Therefore, it was found that if the detection area has a margin and is about 20 mm or more, the detection area is not filled with garbage.
[0107]
Therefore, the present inventors obtained the relationship between the size and distance of the pair of
[0108]
In this experiment, an electrode width W of a pair of strip-shaped
[0109]
From this result, if the water level at which the interelectrode capacitance does not change even if the water level is increased is defined as the detection region D in the depth direction from the electrode surface, the depth dimension of the detection region D is parallel to and far from the
[0110]
Thus, by configuring a moisture sensor that detects the moisture content of the garbage disposal agent that is the detection target X of the moisture content of the garbage disposal machine that satisfies the above-described conditions, the garbage disposal agent is accurately configured. It became possible to detect the amount of water.
[0111]
Therefore, the relationship between the
[0112]
That is, by making the distance between the far edges of the parallel edges of the
[0113]
FIG. 34 (a) shows a case corresponding to the
(Embodiment 13)
In the twelfth embodiment, the distance between the
[0114]
Therefore, in the present embodiment, it is determined that, for example, a voltage signal output from the
[0115]
That is, in this embodiment, it is not necessary to configure the electrode part considering the mixture, and the electrode part can be made small.
[0116]
【The invention's effect】
The invention according to
In addition, the pair of electrodes includes a first electrode and an annular second electrode formed so as to surround the first electrode, and the inner edge of the second electrode and the outer edge of the first electrode. Therefore, the effect of stray capacitance generated between the center electrode and the insulator can be eliminated.
Further, each electrode is positioned at the bottom of the recess formed in the insulator, and the exposed surface of each electrode is defined based on the height position of the rib forming the recess or the height position marked on the inner wall surface of the recess. Since the insulating material to be covered is buried in the recess, it is possible to prevent the short circuit between the electrodes due to water due to dew condensation, etc., and to manage the height position of the insulating material, that is, the amount of the insulating material, As a result, there is an effect that the detection characteristic can be stabilized by eliminating the variation in the capacitance value due to the insulator.
[0131]
Claim2The invention of claim1'sIn the present invention, since the width of the first electrode and the width of the second electrode are substantially the same, the lines of electric force from both electrodes can be made equal, and as a result, the influence of stray capacitance can be reduced.
[0133]
Claim3The invention of claim 1Or 2In the present invention, since the shield box that covers the moisture sensor circuit portion is used as a heat sink for circuit components, there is no need to separately provide a heat sink for the circuit components. Therefore, the moisture sensor housing can be reduced in size and cost. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment.
FIG. 2 (a) is a plan view of the moisture sensor housing of the above.
(B) is a sectional side view of the moisture sensor housing of the above.
(C) is a sectional side view showing a state in which the concave portion of the moisture content sensor casing is filled with a filler.
FIG. 3 is a cross-sectional view in which a part of the above is attached to a container and can be omitted.
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the above.
FIG. 5 is a specific configuration diagram of the moisture sensor circuit block of the above.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the electrode part.
FIGS. 7A to 7D are configuration explanatory views of other examples of the electrode unit same as above. FIGS.
FIG. 8 is a cross-sectional view of another example of the positioning configuration of the detection sensitivity surface of the above.
FIG. 9 is a cross-sectional view of another example of the positioning configuration of the detection sensitivity surface of the above.
FIG. 10A is a plan view of a moisture sensor housing of the second embodiment.
(B) is a sectional side view of the moisture sensor housing of the above.
(C) is a side cross section which shows the state which filled the filling into the recessed part of the moisture content sensor housing | casing same as the above.
FIG. 11 is a cross-sectional view in which a part of the above is attached to a container and can be omitted.
FIG. 12A is a plan view of a moisture sensor housing of the third embodiment.
(B) is a sectional side view of the moisture sensor housing of the above.
(C) is a side cross section which shows the state which filled the filling into the recessed part of the moisture content sensor housing | casing same as the above.
FIG. 13A is a plan view of an example of a moisture sensor housing of the fourth embodiment.
(B) is a side view of an example of a moisture amount sensor housing | casing same as the above.
(C) is a front view of an example of a moisture amount sensor housing | casing same as the above.
FIG. 14A is a plan view of another example of the moisture amount sensor casing of the above.
(B) is a side view of another example of the moisture amount sensor casing of the above.
(C) is a sectional side view of another example of the moisture sensor housing of the above.
(D) is a II cross-sectional view of another example of the moisture amount sensor casing same as the above.
FIG. 15 (a) is a plan view of another example of the moisture sensor housing of the above.
(B) is a side view of another example of the moisture sensor housing of the above.
(C) is a sectional side view of another example of the moisture amount sensor housing of the above.
(D) is a II sectional view of another example of the moisture amount sensor casing same as the above.
FIG. 16A is a plan view of a moisture sensor housing of the fifth embodiment.
(B) is a sectional side view of the moisture sensor housing of the above.
(C) is an II cross-sectional view of the moisture sensor housing of the above.
(D) is a front view of the moisture content sensor housing | casing same as the above.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the above.
FIG. 18A is a plan view of a moisture sensor housing of the sixth embodiment.
(B) is a side view of the moisture sensor housing of the above.
(C) is a sectional side view of the moisture sensor housing of the above.
(D) is a II cross-sectional view of the moisture sensor housing of the above.
FIG. 19 (a) is a plan view of another example of the moisture sensor housing of the above.
(B) is a side view of another example of the moisture sensor housing of the above.
(C) is a sectional side view of another example of the moisture amount sensor housing of the above.
(D) is a II sectional view of another example of the moisture amount sensor casing same as the above.
FIG. 20 is a cross-sectional view of a moisture sensor housing showing a state in which a filler according to a seventh embodiment is filled.
FIG. 21 is a cross-sectional view of a moisture sensor housing of another example showing a state where the same filling material is filled.
FIG. 22 is an explanatory diagram of a capacitance value when the above configuration is used.
FIG. 23A is an equivalent circuit of the capacitance value on the detection target side when the above configuration is used.
(B) is an equivalent circuit of the capacitance value on the packing side when the above-described configuration is used.
FIG. 24 is a cross-sectional view of an eighth embodiment.
FIG. 25 is a top view of the moisture sensor housing of the above.
FIG. 26A is a side view of the main part of the ninth embodiment.
(B) is a top view in which a part of the main part is omitted.
(C) is a side view in which a part of the above is omitted and broken.
FIG. 27A is a circuit diagram of a main part of the tenth embodiment.
(B) is the equivalent circuit schematic of the principal part same as the above.
FIG. 28 is an explanatory diagram of the above.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a state where the container is attached to the container according to the eleventh embodiment.
FIG. 30 is a circuit configuration diagram of the above.
31 is a perspective view of an electrode portion for explaining the principle of
FIG. 32 is a graph showing experimental data using electrode parts for explaining the principle of the above.
FIG. 33 is an explanatory diagram of an example of the electrode same as above.
FIG. 34 is an explanatory diagram of another example of the electrode of the above.
35 is a circuit configuration diagram of
FIG. 36 is a timing chart for the operation same as above.
FIG. 37 is a diagram illustrating the principle of a capacitive moisture amount detection sensor.
FIG. 38 is a diagram illustrating the relationship between the detected capacitance value and the amount of moisture.
FIG. 39 (a) is a plan view in which a part of a conventional electrode portion can be omitted.
(B) is a circuit connection diagram same as the above.
[Explanation of symbols]
1 Moisture sensor housing
2 Circuit board
3 Shield box
4 Packing
5a, 5b electrode
10 recess
29 lid
Claims (3)
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000201620A JP3644357B2 (en) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | Capacitive moisture sensor |
TW090115889A TW548406B (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Capacitance type moisture sensor and method of producing the same |
DE60114318T DE60114318T2 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Capacitive moisture sensor and method for its manufacture |
EP01116070A EP1178302B1 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Capacitance type moisture sensor and method of producing the same |
CNB011198745A CN1175267C (en) | 2000-07-03 | 2001-07-03 | Capacity type humidity sensor and producing method thereof |
US09/897,077 US6756793B2 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-03 | Capacitance type moisture sensor and method of producing the same |
KR10-2001-0039601A KR100499653B1 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-03 | Capacitance type moisture sensor and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000201620A JP3644357B2 (en) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | Capacitive moisture sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002022696A JP2002022696A (en) | 2002-01-23 |
JP3644357B2 true JP3644357B2 (en) | 2005-04-27 |
Family
ID=18699285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000201620A Expired - Fee Related JP3644357B2 (en) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | Capacitive moisture sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3644357B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004037115A (en) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Moisture content sensor |
FR2877093B1 (en) * | 2004-10-21 | 2007-01-26 | Sidel Sas | METHOD FOR CAPACITIVE MEASUREMENT OF A CHARACTERISTIC OF A THERMOPLASTIC CONTAINER IN A MOLD, MOLD THEREFORE EQUIPPED, METHOD OF MANUFACTURING THE MOLD, AND MOLDING PLANT EQUIPPED WITH THE MOLD |
KR101184700B1 (en) | 2010-11-30 | 2012-09-20 | 문보람 | A Water Level Sensing Unit of a Circulation Water Storage Tank Using electrostatic capacity |
JP2015122141A (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | アイシン精機株式会社 | Electrostatic capacitance sensor electrode |
CN103697919B (en) * | 2013-12-30 | 2016-01-13 | 合肥工业大学 | A kind of planar capacitance sensor measuring system based on DSP |
-
2000
- 2000-07-03 JP JP2000201620A patent/JP3644357B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002022696A (en) | 2002-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100499653B1 (en) | Capacitance type moisture sensor and method of producing the same | |
US6982562B2 (en) | Multiple frequency grain moisture sensor for combines | |
US9658095B2 (en) | Capacitive fill level sensor | |
RU2104478C1 (en) | Method of contactless dynamic measurement of displacement of grounded conductive body | |
US7509856B1 (en) | Capacitance sensor for detecting the fill level of a medium in a container | |
US9851235B2 (en) | Apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable of a medium | |
US5302894A (en) | Noncontacting displacement measuring system having an electric field shield | |
KR20030074673A (en) | Method and device for measuring levels | |
CA2505827A1 (en) | Non-contact surface conductivity measurement probe | |
US5765434A (en) | Capacitive water height gauge and method | |
US20130220013A1 (en) | Sensors | |
JP3644357B2 (en) | Capacitive moisture sensor | |
US5207098A (en) | Device to measure the level of material within a container | |
EP0974041B1 (en) | Apparatus for capacitive electrical detection | |
CA1103329A (en) | Sensor for determining level of a flowing liquid in a vessel | |
US20110101997A1 (en) | Flush-Mounted Capacitive Sensor Mount | |
JP2006220542A (en) | Capacitive coupling sensor device | |
JP3606116B2 (en) | Capacitive moisture sensor | |
JP3606169B2 (en) | Capacitive moisture sensor | |
WO2005060653A2 (en) | Inductive probe having a looped sensing element or a terminated transmission line sensing element and methods and system for using the same | |
US20060219002A1 (en) | Method for capacitive measurement of fill level | |
CN110658239A (en) | Double-electric characteristic water content analyzer | |
CN109916968A (en) | A kind of accurate measurement method and equipment of capacitance type foodstuffs moisture transducer | |
EP0057278B1 (en) | Capacitance circuit for level measurement | |
CA1174322A (en) | Capacitance circuit for level measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040601 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040608 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040809 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040914 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041115 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050111 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050124 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080210 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 4 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 4 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100210 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100210 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110210 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120210 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130210 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |