JP3644357B2 - Capacitive moisture sensor - Google Patents

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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 electrodes 100a and 100b is measured as shown in FIG. This is a method of detecting the moisture content from the capacitance value. Here, the amount of water is expressed by the amount of water = water volume / (S × d), S is the area of the electrodes 100a and 100b, d is the distance between the electrodes, and S × d is the volume of the detection area.
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 electrodes 100a and 100b, it shows several pF in a dry state and several tens pF in a state with a lot of moisture. (See, for example, Industrial Measurement Technology System Editorial Committee: Humidity and Moisture Measurement published by Nikkan Kogyo Shimbun 1965)
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 insulating structure 102 is disposed in the opening 101 on the inner wall of the container 105 as a structure, and the electrode surfaces face each other on the surface of the insulating structure 102. In the electrodes 100a and 100b arranged in parallel with each other, the detection object is buried between the electrodes 100a and 100b and remains as a deposit, and as a result, the capacitance detection circuit 103 measures the moisture content of the deposit between the electrodes 100a and 100b. As a result, there is a problem that the moisture content of the detection object is not reflected. For this purpose, a cleaning structure is required so as not to remain deposited. However, in order to provide the cleaning structure, there has been a problem that the manufacturing cost is increased. The output unit 104 that inputs the detection output of the capacitance detection circuit 103 outputs a voltage signal having an electric amount corresponding to the amount of moisture, for example, a voltage value, from the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 103.
[0011]
In addition, the electrodes 100a and 100b protrude into the container 105, so that the movement of the detection target in the container 105 is hindered, a load is applied to the electrodes 100a and 100b, and deposits remain in other parts. There was a problem that. Therefore, it is necessary to give the structure of the electrodes 100a and 100b strong enough to withstand the load. As a result, there are problems that the electrode structure becomes large and the manufacturing cost increases.
[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 claim 1, an electric field region formed by a pair of electrodes is used as a detection region, and at least one electrode of the pair of electrodes is in contact with a detection object via an insulator. Is equivalent to the amount of moisture from the electrode part having a detection sensitivity surface, a capacitance detection circuit for detecting a capacitance value determined by the amount of moisture present in the detection region, and the capacitance value detected by the capacitance detection circuit And a moisture sensor circuit unit comprising at least an output circuit that outputs an electrical signal having a quantity of electricity to be generated.The pair of electrodes includes a first electrode and an annular second electrode formed so as to surround the first electrode, and an inner edge of the second electrode and an outer edge of the first electrode Is substantially the same over the entire circumference, and each electrode is positioned at the bottom of the recess formed in the insulator, and the height indicated on the height of the rib forming the recess or the inner wall surface of the recess An insulating material that covers the exposed surface of each electrode is filled in the recess with the position mark as a reference.It is characterized by that.
[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 claim 1,Or 2In any one of the inventions described above, a shield box that covers the moisture sensor circuit unit is used as a heat sink for circuit components.
[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 capacitive moisture sensor 30 of the present embodiment. The outer shape of the bottom surface is substantially square and the electrode portion is arranged in the circular recess 10 at the center of the inner bottom portion. A moisture sensor housing 1 made of a synthetic resin insulator, a circuit board 2 made of a printed circuit board disposed in the moisture sensor housing 1, and a circuit component mounting portion of the circuit board 2 are covered. The shield box 3 arranged on the circuit board 1 and the lid 29 made of a conductor such as a metal plate attached to the opening of the moisture sensor housing 1 via the packing 4. .
[0037]
The moisture amount sensor housing 1 is formed of a molding material such as polycarbonate, polypropylene, polyphenylene sulfide, etc., and the thickness of the bottom portion of the concave portion 10 in which the electrode portion is disposed is formed to be about 5 mm to 0.1 mm. The recess 10 is formed by expanding the bottom wall outward as shown in FIGS. 2A to 2C, and is arranged concentrically so as to surround the circular electrode 5a at the center and the electrode 5a. The electrode portion is constituted by these electrodes 5a and 5b, and the outer surface of the bulging portion 22 of the moisture amount sensor housing 1 corresponding to the recess 10 is in contact with the detection object. A detection sensitivity surface 23 is formed.
[0038]
The electrodes 5a and 5b are filled with an insulating sealing material such as silicon rubber or epoxy resin by bonding and fixing a metal conductive plate (for example, copper, plated with copper, etc.) punched into an electrode shape at a predetermined position of the recess 10. The object 11 is filled in the recess 10 to cover the electrodes 5a and 5b. The filler 11 is preferably made of a material having a low dielectric constant. For example, silicon rubber has a relative dielectric constant of about 2 to 5. This filling 11 is intended to prevent a short circuit between the electrodes 5a and 5b due to condensed water when condensation occurs in the moisture sensor housing 1.
[0039]
As shown in FIG. 3, the circuit board 2 is placed on the columnar body 12 that is erected in the vicinity of the four corners on the bottom surface of the moisture amount sensor housing 1 around the recess 10, as shown in FIG. 3. It is fixed by screwing and fastening the fixing screw 13 to the upper surface side of the board. On the circuit board 2, as shown in FIG. 3, an electronic component constituting the moisture sensor circuit block 9 which is a moisture sensor circuit unit is mounted, and further, a metal plate formed by sheet metal processing so as to cover the electronic component. The shield box 3 is placed and fixed. The circuit on the circuit board 2 and the electrodes 5a and 5b are connected via a lead wire 40. The lid 29 and the operation reference point α of the circuit board 2 are connected by a lead wire 40 ′.
[0040]
As shown in FIG. 4, the moisture amount sensor circuit block 9 includes a capacitance detection circuit 6 that detects a capacitance value Cx of a detection region configured by an electric field region between a pair of electrodes 5 a and 5 b that configure the electrode unit, An output circuit 7 that outputs an electrical quantity corresponding to the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 6, for example, a voltage signal, a power supply circuit 8 that supplies operating power to the capacitance detection circuit 6 and the output circuit 7, and these circuits Capacitor C for determining the impedance between the operation reference point α of the capacitance detection circuit 6 and the ground β by being connected between the grounds 6 to 8, that is, the operation reference point α of the capacitance detection circuit 6 and the ground β.EAnd is shielded by a shield box 3 deposited on the circuit board 1, and the operation reference point α is connected to the shield box 3.
[0041]
As a specific circuit of the capacitance detection circuit 6, a circuit using a PLL circuit shown in FIG. 5 is used. The circuit of FIG. 5 uses an oscillation circuit 15 in which an oscillation frequency is determined by a capacitance Cx depending on the amount of moisture of an object to be detected existing between electrodes 5a and 5b. It is detected by a PLL circuit 19 comprising a filter 17 and a VCO 18 to obtain a voltage according to the detected frequency, adjust this voltage to a desired characteristic of the output circuit 7, and output a signal having a voltage according to the amount of moisture. It has become. In other words, when the amount of moisture contained in the detection object existing between the electrodes 5a and 5b increases, the oscillation frequency of the oscillation circuit 15 decreases, and conversely, when the amount of moisture decreases, the oscillation frequency of the oscillation circuit 15 increases and the PLL is increased. In the circuit 19, the frequency of the VCO 18 is controlled in accordance with the oscillation frequency, and the voltage output from the low-pass filter 17 is changed in accordance with the amount of moisture. The output circuit 7 performs characteristic adjustment to increase / decrease the output voltage at a constant ratio in accordance with the increase / decrease of the amount of moisture detected by receiving this output.
[0042]
The power supply circuit 8 is configured by, for example, a three-terminal regulator IC.
[0043]
The power supply circuit 8 and the output circuit 7 have one end connected to the circuit board 1 side circuit and the other end provided at the end of the cable 20 led out through the shield box 3 and the lid 29 as shown in FIG. The power supply circuit 8 is supplied from the operation panel 14 via the cable 20 and the output signal of the output circuit 7 is output from the operation panel 14. Is sent to.
[0044]
The shield box 3 shown in FIG. 3 electromagnetically shields the moisture sensor circuit block 9.
[0045]
Thus, when the moisture amount sensor 30 of the present embodiment configured as described above is attached to the wall surface of the container 31 containing the detection object X, a window hole opened in the wall surface of the container 31 as shown in FIG. A bulging portion 22 corresponding to the concave portion 10 of the moisture amount sensor housing 1 is fitted to 32 from the outside of the container 31. Here, the amount of protrusion of the bulging portion 22 and the thickness of the wall of the container 31 are set to be substantially the same. Positioning is performed by directly contacting the outer bottom surface of the quantity sensor housing 1 and the outer wall surface of the container 31, and the outer surface of the bulging portion 22 facing the container 31, that is, the detection sensitivity surface 23 is the same surface as the inner wall surface of the container 31 ( To be flush with each other. Then, the moisture sensor 30 is fixed to the container 31 by mounting bolts (not shown) through which holes 28a, 28b, and 28c provided at the four corners of the lid 29, packing 4, and moisture sensor housing 1 are inserted.
[0046]
Thus, when the moisture sensor 30 of this embodiment is attached to the container 31 as described above, the electrodes 5a and 5b do not directly touch the detection target X, and the detection sensitivity surface 23 is in the container 31. It does not protrude. Therefore, the detection object X is not buried between the electrodes 5a and 5B and does not hinder the movement. For example, the detection object X is a fermented product, rice, cereal, tea leaf, tobacco leaf, garbage, wood in the fermentation process. -In both soil and concrete fine aggregates, when the electric field region constituted by the pair of electrodes 5a and 5b is set as the detection region, the amount of moisture contained in the detection region is stationary. Even in the movement such as stirring and transporting, it can be detected in real time without error.
[0047]
In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the center electrode 5a is surrounded by an annular electrode 5b, and the distance d2 between the two is the same over the entire circumference. The amount of leakage of electric lines of force to the outside of the stray capacitance generated from the electrode can be reduced, the influence of stray capacitance between the center electrode 5a and the container 31 can be reduced, and the width of the electrode 5a, that is, the diameter d0, Since the width d1 of 5b is the same, the density of the electric lines of force is the same in the electrodes 5a and 5b as shown in FIG. 6B, so that the stray capacitance is reduced, and fluctuations such as the potential of the ground β, The moisture amount sensor 8 with less malfunction is realized even with respect to potential fluctuation due to leakage current.
[0048]
As shown in FIG. 7A, the electrode 5a is square, the surrounding electrode 5b is formed in a four-frame shape, and the length d0 of one side of the electrode 5a and the width d1 of the electrode 5b are the same dimensions. The distance d2 between the parallel sides of the two may be the same dimension for all four rounds. Also in this case, the influence on the stray capacitance can be reduced.
[0049]
The shape of the central electrode 5a is not a square or a circle, but a rectangle as shown in FIG. 7B, an oval as shown in FIG. 7C, or an ellipse as shown in FIG. 7D. It is also possible to combine the annular electrodes 5b corresponding to the respective shapes. In each figure, d0 = d1, and the distance d2 between the electrodes 5a and 5b is the same distance over the entire circumference in each example.
[0050]
By the way, for the positioning of the detection sensitivity surface 23, the contact surface is configured by contacting the flat outer bottom surface of the moisture sensor housing 1 and the outer wall surface of the container 31, but as shown in FIG. Protrusions 24 are formed at the four corners of the outer bottom surface of the moisture sensor housing 1, and the contact surface for positioning the detection sensitivity surface 23 is configured such that the front end surface of the protrusion 24 abuts the outer wall surface of the container 31. You may do it.
[0051]
Alternatively, as shown in FIG. 9, protrusions 31 a are formed on the outer wall surface of the container 31 corresponding to the four corners of the outer bottom surface 22 of the moisture sensor housing 1, and the moisture sensor housing is formed on the tip surface of the protrusion 1 a. The contact surface for positioning the detection sensitivity surface 23 may be configured so as to abut against the outer bottom surface of 1.
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the outer wall surface and the inner wall surface of the container 31 containing the detection target object X correspond to flat surfaces, but at least the inner wall surface is a curved surface. The detection sensitivity surface 23 cannot be flush with the inner wall surface of the container 31.
[0052]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 10, the outer surface of the bulging portion 22, that is, the detection sensitivity surface 23 is curved so as to be flush with the arcuate inner wall surface of the container 31. In this case, the wall of the bulging portion 22, that is, the bottom wall of the recess 10 is substantially equal in thickness, and the distance between the electrodes 5 a and 5 b disposed on the bottom of the recess 10 and the detection sensitivity surface 23 is made equal.
[0053]
Further, in the case of the cylindrical container 31 whose inner and outer wall surfaces are both curved surfaces, the outer surface of the moisture amount sensor housing 1 around the bulging portion 22 can be brought into contact with the outer wall surface of the container 31 if it is a flat surface. Can not. Therefore, as shown in FIG. 11, when the bulging portion 22 is fitted from the outside into the window hole 32 of the container 31, the outer surface of the bulging portion 22, that is, the detection sensitivity surface 22 is just flush with the inner wall surface of the container 31. A cylindrical boss 33 is provided as an abutting portion for positioning so as to be in contact with the front end surface on the outer bottom surface near the four corners of the moisture sensor housing 1. If the container 31 is made of metal, the boss 33 is fixed by welding. In FIG. 11, reference numeral 34 indicates the welding site.
[0054]
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the electrodes 5a and 5b are disposed on the same bottom surface of the concave portion 10, and the detection sensitivity surface 23 on the outside of the bulging portion 22 from the electrodes 5a and 5b. However, it is not necessary to equalize the distance from the electrodes 5a, 5b to the detection sensitivity surface 23.
[0055]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 12A to 12C, a protruding base 25 is formed in which the central portion of the bottom surface of the concave portion 10 of the moisture amount sensor housing 1 is higher than the surroundings. The configuration in which the electrode 5a is disposed on the lower surface and the electrode 5b is disposed on the lower bottom surface is employed. In this case, the thickness of the insulator at the projecting base 25 where the electrode 5a is disposed is made uniform, and the thickness of the insulator at the bottom surface where the electrode 5b is disposed is also made uniform. The detection sensitivity surface 23 is the same surface.
[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 electrodes 5a and 5b are arranged is uniform in each case, so that there is no difference in sensitivity, and a pair of electrodes 5a, When the electric field region constituted by 5b is used as a detection region, the amount of water contained in the detection region is determined in real time even when the detection target X is stationary or during movement such as stirring and conveyance. It can be detected without error.
[0058]
(Embodiment 4)
In any of the first to third embodiments, the electrodes 5a and 5b have a configuration in which a conductive metal plate punched into an electrode shape is bonded to the bottom surface of the recess 10, but in this embodiment, the electrode arrangement position is provided. As shown in FIGS. 13 to 15, the recesses A and B, which are recess marks corresponding to the electrode shape, are surrounded by ribs 26 formed integrally in the recess 10 of the moisture amount sensor housing 1. The central recess A is used as an arrangement site for the electrode 5a, and the outer annular recess B is used as an installation site for the electrode 5b.
[0059]
The material for forming the electrodes 5a and 5b disposed here may be a conductive metal plate punched into an electrode shape, a metal tape, or a metal powder. A metal tape or metal powder can be used for the electrodes 5a and 5b of the first to third embodiments.
[0060]
Since any of Embodiments 1 to 3 can be applied to other configurations, illustration and description thereof are omitted here.
[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 electrodes 5a and 5b are eliminated, and the characteristics are stabilized.
[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 electrodes 5a and 5b is bonded and fixed to a predetermined position of the concave portion 10 of the moisture sensor housing 1. In the embodiment, as shown in FIG. 16, when the moisture sensor housing 1 is formed, a conductive metal plate forming the electrodes 5a and 5b is inserted and embedded in a portion corresponding to the bottom wall of the recess 10. It is.
[0063]
In the present embodiment configured as described above, the electrodes 5a and 5b can be disposed simultaneously with the manufacture of the moisture sensor housing 1 by insert molding, and the conductive metal plate constituting the electrodes 5a and 5b has an appropriate thickness. By using a thing, the intensity | strength of the bottom wall of the recessed part 10 can be strengthened.
[0064]
Further, a part of the electrodes 5a and 5b protrudes upward from the recess 10 to form connection terminals 41a and 41b which are directly soldered to the circuit board 2 as shown in FIG. 2 is not required.
[0065]
Since any of Embodiments 1 to 3 can be applied to other configurations, illustration and description thereof are omitted here.
[0066]
(Embodiment 6)
By the way, when the inner wall surface of the container 31 to which the moisture amount sensor 30 is attached is a curved surface, the detection sensitivity surface 23 needs to be a curved surface as described above. On the other hand, since the distance between the detection sensitivity surface 23 and each electrode 5a, 5b, that is, the thickness of the insulator interposed between them must be substantially uniform, the arrangement surface is also formed in a curved surface.
[0067]
On the other hand, the surfaces of the electrodes 5a and 5b must be finished so as to coincide with the arrangement surface, and when the electrodes are formed with a conductive metal plate, it is necessary to rely on a mold, resulting in an increase in cost. There is a problem of becoming. In addition, there is a problem that peeling is likely to occur in the case of adhesion fixation.
[0068]
On the other hand, when the electrodes 5a and 5b are embedded in the bottom wall of the recess 10 of the moisture amount sensor housing 1 by insert molding as in the fourth embodiment, the distance between the electrodes 5a and 5b and the detection sensitivity surface 23, that is, between them In order to control the thickness of the insulator, the mold needs a holding structure that holds the position of the conductive metal plate to be inserted in a predetermined position withstanding the pressure of pouring the synthetic resin into the mold. There is a problem that the structure is complicated and results in increased costs.
[0069]
In addition, since the elastic coefficient of the resin material forming the moisture sensor housing 1 is different from that of the metal conductive plate, the detection sensitivity surface 23 facing the inside of the container 31 is subjected to a load from the detection target X under use. There is a possibility that the resin molding site forming the sensitivity surface 23 bends and a crack occurs in the resin molding site at the boundary between the inserted metal conductive plate and the molding resin.
[0070]
Therefore, in the present embodiment, a metal vapor deposition film such as copper or aluminum is formed at a predetermined position of the concave portion 10 of the moisture sensor housing 1, and the electrodes 5a and 5b are configured by the metal vapor deposition film.
[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 recess 10 surrounded by the ribs 26. Let the metal vapor deposition films vapor-deposited on B be electrodes 5a and 5b. The surfaces of the electrodes 5a and 5b are subjected to solder plating or gold plating to prevent corrosion to form a protective film.
[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 electrodes 5a and 5b are formed after this formation. Although there is any method of selectively peeling and forming so as to remove the part, any method may be adopted as appropriate.
[0073]
As described above, in this embodiment, since the electrodes 5a and 5b are formed of a metal vapor deposition film, cracking of the resin molding site and peeling of the electrodes 5a and 5b are unlikely to occur, and the electrodes 5a and 5b and the detection sensitivity surface 23 are not easily generated. It becomes easy to manage the distance, that is, the thickness of the resin molding portion interposed therebetween.
[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 Embodiment 1 thru | or 4 should just be employ | adopted for another structure, illustration and description are abbreviate | omitted.
[0076]
(Embodiment 7)
In any of the first to sixth embodiments described above, in order to prevent the electrodes 5a and 5b from being short-circuited by dew condensation water generated inside the moisture sensor housing 1, for example, as shown in FIG. In this way, the concave portion 10 is filled with the filler 11 so as to cover the electrodes 5a and 5b, but the amount of the filler 11 can be substantially controlled by the weight and volume capacity. Since the electrostatic capacity value inside the moisture amount sensor housing 1 is different if the height is different, it is necessary to manage the amount of the filler 11, particularly the height. Therefore, as shown in FIG. 20, when the height H from the bottom of the recess 10 where the electrodes 5a and 5b are disposed to the opening is filled with the filling 11 to the height H, In this embodiment, the capacitance value is set to be a predetermined value.
[0077]
Therefore, by filling the filler 11 up to the depth H of the concave portion 10, the capacitance value inside the moisture sensor housing 1 can be stabilized to a predetermined value.
[0078]
Further, in the case where the recesses A and B, which are the arrangement portions of the electrodes 5a and 5b, are formed by the rib 26 as in the fourth to sixth embodiments, the height H ′ of the rib 26 is set to a predetermined value as shown in FIG. By setting the height to the height H ′, the filling 11 is filled in the recesses A and B to stabilize the capacitance value inside the moisture amount sensor housing 1 at a predetermined value. It can be made.
[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 electrodes 5a and 5b are disposed is H, and is interposed between the electrodes 5a and 5b and the detection sensitivity surface 23. Assuming that the thickness of the synthetic resin molding part is h, the equivalent circuit on the detection object side (Cx) is the capacitance value Ca of the synthetic resin molding part and the moisture content of the detection object as shown in FIG. The capacitance value Cb can be represented by a series circuit of the capacitance value Ca ′ of the synthetic resin molding site. Here, the capacitance value of the synthetic resin molding part can be expressed by Ca (and Ca ′) or Cx = K / H ′. K is a constant determined by the dielectric constant of the synthetic resin molding site and the area of the electrode 5a or 5b.
[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 electrode 5a or 5b.
[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 shield box 3 is disposed on the circuit board 2 so as to cover the moisture sensor circuit block 9 mounted on the circuit board 2, and electromagnetic shielding is performed. In order to achieve electromagnetic shielding, in this embodiment, in addition to the shield box 3, sheet metal processing is performed along the inner wall surface of the moisture sensor housing 1 and the bottom surface around the recess 10 as shown in FIGS. 24 and 25. A metal shield frame 27 made of copper is disposed, and in the circuit shown in FIG. 4, it is connected together with the shield box 3 to a ground (0 V) line which is the operation reference point α of the circuit of the moisture amount sensor circuit block 9.
[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 sensor circuit block 9 by the action of the shield box 3 and the metal shield frame 27. Can be shielded even if the error occurs, and the cause of malfunction can be eliminated. On the contrary, it is possible to prevent radiation waves from being radiated from the inside to the outside, and it is possible to eliminate the possibility of inducing a malfunction of the external device.
[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 metal shield frame 27 can be applied to the second to seventh embodiments other than the first embodiment or the embodiments described later.
[0086]
(Embodiment 9)
In any of the above embodiments, the shield box 3 is disposed on the circuit board 2 so as to cover the moisture sensor circuit block 9. In this embodiment, the shield box 3 is disposed on the moisture sensor circuit block 9. This is also used as a heat radiating plate of the three-terminal regulator 80 constituting the power supply circuit 8.
[0087]
That is, as shown in FIGS. 26 (a) to 26 (c), the package surface of the three-terminal regulator 80 and the heat radiating metal plate portion are brought into contact with the mounting piece 3a integrally formed on the outside of the box from the side end portion of the shield box 3. It is fixed by screws 81 and nuts 82.
[0088]
Here, the three-terminal regulator 30 uses a high frequency frequency range of several tens of MHz to several hundreds of MHz, and an impedance such as a capacitance value of about several pF is as small as several hundred Ω, so that a current of several hundred mA is high speed. It tends to flow and generate heat.
[0089]
On the other hand, the moisture sensor housing 1 is required to be miniaturized, and if a single heat sink is used exclusively, it is necessary to avoid the use of a heat sink because it increases size, increases costs, and increases the number of parts.
[0090]
From these points, by using the shield box 3 also as the heat radiating plate of the three-terminal regulator 80 as in the present embodiment, heat can be radiated from the three-terminal regulator 80 without separately providing a heat radiating plate.
[0091]
(Embodiment 10)
As described above, the moisture sensor 30 of each embodiment has an electric amount corresponding to the moisture amount by detecting the capacitance value of the detection region constituted by the pair of electrodes 5a and 5b by the capacitance detection circuit 6. Although an electric signal is output from the output circuit 7, the actual operation of the capacitance detection circuit 6 does not operate only with the capacitance value Cx formed by the pair of electrodes 5a and 5b. ), A stray capacitance C1 exists between the wall surface of the container 31 and the outer electrode 5b, and this stray capacitance C1 is a factor that makes circuit operation unstable.
[0092]
The operation reference point α of the moisture sensor circuit block 9 is electrically floating from the ground, but when the container 31 into which the detection target X is placed is a conductor, the container 31 itself is connected (grounded) to the ground β. Is in a state. Accordingly, some impedance exists between the potential of the operation reference point α and the ground β. This impedance characteristic cannot be defined because it depends on the outside of the moisture sensor 30.
[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 water content sensors 30 of the above-described embodiments, the container 31 that is a conductor is fixed by a mounting bolt that is a conductor, while the lid 29 of the water content sensor housing 1 of the water content sensor 30. Is made of a conductive material, so that the lid 29 is electrically connected to the ground β via a mounting bolt and a container 31.
[0095]
Accordingly, an electronic component that determines the impedance between the lid 29 and the movement reference point α and between the movement reference point α and the ground β, for example, the capacitor CEIs inserted as shown in FIG.
[0096]
The stray capacitance C1 generated between the wall surface of the container 31 and the outer electrode 5b is the capacitor CETogether with the capacitance detection circuit 6, as shown in FIG.EAnd the combined capacitance value C of the stray capacitance C1 is C = (C1 × CE) / (C1 + CEThe combined capacitance value C becomes a cause of malfunction of the capacitance detection circuit 6.
[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 electrode 5b and the container 31 in the same manner as the electrostatic capacitance value Cx that is originally desired to be detected.
[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 capacitance detection circuit 6 is operated only by Cx. Therefore, in order to increase the stray capacitance C1, the distance between the external electrode 5b and the wall surface of the container 31 should be as close as possible structurally.
[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 outer electrode 5b is φ90 mm, the outer diameter of the bulging portion 22 concentric with the electrode 5b is φ110 mm. The distance between the inner surface of the window hole 32 of the 31 and the electrode 5b is narrowed to about 10 mm so that the stray capacitance C1 is increased.
[0100]
In FIG. 27, Z1 and Z2 are impedance elements in the capacitance detection circuit 6, and AP is an operational amplifier.
[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 moisture sensor housing 1 of the moisture sensor 30 is provided with a pair of electrodes 5a and 5b. However, when the container 31 containing the detection target X is a metal container, The container 31 can be used as one of a pair of electrodes constituting the detection region. In this embodiment, the container 31 is used as an electrode. That is, as shown in FIG. 29, an electrode 5a similar to that of the first embodiment is disposed at the center of the bottom surface of the recess 10 of the moisture sensor housing 1, and the electrode constituting the detection region with this electrode 5a is used as the moisture sensor housing. The body 31 is constituted by a metal container 31 to which the body 1 is attached. The container 31 is connected to the ground β as shown in FIG. 30 and is also connected to the operation reference point α of the circuit of the moisture amount sensor block 8.
[0102]
Thus, in the moisture amount sensor block 8 of the present embodiment, an electric field region constituted by the electrode constituted by the container 31 and the electrode 5a disposed in the recess 10 of the moisture amount sensor housing 1 is used as a detection region. The moisture content of the detection object X in the container 31 is detected using the outer surface of the bulging portion 22 forming the recess 10 in which the electrode 5a is disposed as the detection sensitivity surface 23 as in the above embodiments.
[0103]
The circuit configuration of the moisture sensor block 8 is the same as that of the first embodiment.
[0104]
The structure of the moisture sensor housing 1 and the structure of the electrode 5a are the same as those of the first embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, but the structures of the other embodiments described above. Of course, it may be adopted.
Embodiment 12
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 electrodes 5a and 5b, the moisture sensor outputs a detection output corresponding to the moisture content of the garbage. It will be output, and it will not be possible to measure the moisture content of the garbage treatment agent that is originally required.
[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 electrodes 5a and 5b that determine the detection area and the detection area using the experimental electrode unit shown in FIG.
[0108]
In this experiment, an electrode width W of a pair of strip-shaped electrodes 5a and 5b made of a copper foil tape having a thickness of 0.1 mm and a length of 115 mm is 24 mm, and the distance P between the electrodes 5a and 5b is 2 mm. An electrode having a configuration, an electrode width W of a pair of strip-shaped electrodes 5a, 5b made of a copper foil tape having the same thickness and length as described above is 10 mm, and an electrode having a distance P of 30 mm between both electrodes 5a, 5b Of the pair of strip electrodes 5a and 5b made of a copper foil tape having the same thickness and length as described above, one electrode width W is 5 mm, the other electrode width W is 25 mm, and both electrodes 5a , 5b, and an electrode portion having an electrode configuration with a distance P of 20 mm, a box-shaped non-conductive having a square bottom surface with a thickness of 1 mm and a side length of 115 mm, and a height of 40 mm The electrodes 5a and 5b are attached to the outer bottom surface of the conductive resin case PC, and the resin When water was put inside the case PC and the water level at this time was increased to 5 mm, 10 mm, 25 mm,..., The interelectrode capacitance was measured, and the interelectrode capacitance of each electrode portion is shown in FIG. It became a value like this. 32a, the electrode width of the electrodes 5a and 5b is 24 mm, and the distance between the electrodes 5a and 5b is 2 mm. As a result of measuring the interelectrode capacitance of the electrode portion having the electrode configuration of 10 mm and the distance between the electrodes 5a and 5b being 30 mm, the electrode width of one of the electrodes 5a and 5b is 5 mm and the width of the other electrode is 25 mm. The measurement result of the capacity | capacitance between electrodes of the electrode part of the electrode structure whose distance between electrodes 5a and 5b is 20 mm is shown.
[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 electrodes 5a and 5b. It was found to be about half of the distance between the edges, ie the total width (50 mm).
[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 circular electrode 5a and the annular electrode 5b in the configuration of the first embodiment is dealt with by the mixture mixed with the detection target object X based on the above conditions, for example, as shown in FIG. As shown in (b), if the electrode portion is composed of a circular electrode 5a having a diameter of d0 and an annular electrode 5b having an inner diameter of (d2 × 2) + d0 and a width of d1, both electrodes 5a, Electrode 5a so that the distance (d1 + d2 + d0) between the distant ends of the parallel edges of 5b is at least twice (L) of the depth dimension (L / 2) of the detection region D <20 mm for garbage disposal agent>. By setting the width dimension and the interval of 5b, it was possible to realize an electrode part in which garbage other than the detection object X corresponding to the detection region D does not fill the detection region.
[0112]
That is, by making the distance between the far edges of the parallel edges of the electrodes 5a and 5b more than twice the size of the mixture other than the detection object X, the mixture does not fill up the detection region, and the detection object It is possible to reliably detect the moisture content of the object X.
[0113]
FIG. 34 (a) shows a case corresponding to the electrodes 5a and 5b having the shape shown in FIG. 7 (a). In this case, the dimension of one side of the central electrode 5a is d0, and the width dimension of the surrounding electrode 5b. Is the depth dimension of the detection region D determined by the size of the pair of electrodes 5a and 5b, where d1 is the dimension between the side of the electrode 5a and the inner side of the electrode 5b facing the electrode 5b. In order to satisfy the above condition of 20 mm or more, based on the results of the experiment, the distance (= d1 + d2 + d0) between the edges that are far from each other among the parallel edges of the electrodes 5a and 5b is shown in FIG. As shown in FIG. 34 (b), the width dimensions and intervals of the electrodes 5a and 5b may be set so as to be at least twice (L) of the depth dimension 20 mm (L / 2) of the detection region D.
(Embodiment 13)
In the twelfth embodiment, the distance between the electrodes 5a and 5b is increased in order to eliminate the influence of the mixture other than the detection target X, but the output value of the output circuit 7 of the moisture amount sensor circuit block 9 is monitored. If it is, it can be determined that a water content that is clearly larger than expected or a material having a smaller water content has moved to the detection region.
[0114]
Therefore, in the present embodiment, it is determined that, for example, a voltage signal output from the output circuit 7 and a preset amount of water as shown in FIG. The reference value VH that can be determined is compared with the reference value VL that can be determined that the amount of moisture is small. As shown, by providing a determination circuit 7a that outputs a signal indicating the presence or absence of contaminants to the operation panel 14, the distance between the electrodes 5a and 5b can be dealt with even less than twice the distance of the mixture.
[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 claim 1 is an electrode in which an electric field region constituted by a pair of electrodes is a detection region, and a surface in which at least one of the pair of electrodes is in contact with a detection target via an insulator is a detection sensitivity surface. And a capacitance detection circuit for detecting a capacitance value determined by the amount of moisture present in the detection region, and an electric signal having an amount of electricity corresponding to the amount of moisture from the capacitance value detected by the capacitance detection circuit A water content sensor circuit unit comprising at least an output circuit that outputs the amount of water contained in the detection target in real time even when the detection target is moving as well as stationary. Since at least one of the pair of electrodes constituting the electrode portion does not directly touch the object to be detected, the electrode can be easily cleaned, and the electrode can be dissolved by metal ions in moisture. Furthermore, since it is protected by an insulator, the wear of the detection sensitivity surface becomes uniform, and it becomes difficult to make unevenness on the sensitivity detection surface to obstruct the flow of the detection object. There is an effect that there is no possibility of causing accumulation of the liquid and obstruction of the flow, and there is little possibility that the detection object is buried between the other electrode.
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 Embodiment 12. FIG.
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 Embodiment 13. FIG.
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)

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静電容量式水分量センサ。An electric field region constituted by a pair of electrodes is used as a detection region, and an electrode portion in which at least one of the pair of electrodes is in contact with a detection target via an insulator has a detection sensitivity surface; and within the detection region At least from a capacitance detection circuit that detects a capacitance value determined by the amount of moisture present in the capacitor, and an output circuit that outputs an electrical signal having an amount of electricity corresponding to the moisture amount from the capacitance value detected by the capacitance detection circuit A moisture sensor circuit unit configured, wherein the pair of electrodes includes a first electrode and an annular second electrode formed so as to surround the first electrode; The distance between the inner edge of the electrode and the outer edge of the first electrode is substantially the same over the entire circumference, and each electrode is positioned at the bottom of the recess formed in the insulator, and the height of the rib forming the recess is increased. Height or height on the inner wall of the recess Capacitive moisture content sensor of the exposed surface of each electrode relative to the indicia buried insulator within the recess of the蔽 characterized formed Rukoto. 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請求項1記載の静電容量式水分量センサ。 2. The capacitance type moisture sensor according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode have substantially the same width . 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請求項1又は2記載の静電容量式水分量センサ。3. The capacitance type moisture sensor according to claim 1 , wherein a shield box that covers the moisture sensor circuit unit is used as a heat sink for circuit components .
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