JP3665890B2

JP3665890B2 - Capacitance type detector

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Publication number: JP3665890B2
Application number: JP2000402242A
Authority: JP
Inventors: 憲幸牧
Original assignee: RKC INSTRUMENT Inc
Current assignee: RKC INSTRUMENT Inc
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002202177A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量形検出装置に係り、例えば、浄水器等において水を溜めた容器の有無や溜めた水の液位レベルを検出する静電容量形検出装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水道配管に接続して水道水を浄水する浄水器が家庭にも普及している。この浄水器としては、水道水を浄水して容器に貯水するとともに容器内が満水になったとき、配管からの給水を自動的に停止する機能を備えたものが提供されている。
【０００３】
例えば、図１１に示すように、箱型の絶縁性本体ケース１の内側を隔壁３で左右に仕切り、片方に形成した円柱状の収納部５にカップ状絶縁容器７の収納を可能にする一方、他方の収納部９には慮過器１１や自動給水制御装置（図示せず）の他、容器７の有無及び容器７内の満水状態を検出する静電容量形検出装置Ａを収納し、その静電容量形検出装置Ａの検出結果に基づき自動給水制御装置を操作して配管からの自動的な給水及び停止を可能にしたものである。なお、図１１は上部の蓋を取除いた状態を示す概略平面図である。
【０００４】
その静電容量形検出装置Ａは、図１２に示すように、隔壁３の上部に上下に若干の間隔を置いて発振電極１３ａ及び受信電極１３ｂを形成し、下側の発振電極１３ａにはシールドケーブル１７を介して交流信号源１５を接続し、上側の受信電極１３ｂにはシールドケーブル１９を介して測定部２１に接続して構成されている。
【０００５】
このような静電容量形検出装置Ａでは、容器７を収納部５内へ収納しない場合、発振電極１３ａと受信電極１３ｂ間に形成される静電容量Ｃａが、主に隔壁３及び収納部５内の気体（空気）を介して形成されており、交流信号源１５から例えば４０ｋＨｚの交流電圧を発振電極１３ａへ印加すると、その静電容量Ｃａに応じた大きさの交流電流が受信電極１３ｂから測定部２１へ流れ、この交流電流の大きさを測定部２１で測定することによってその静電容量Ｃａが分かる。
【０００６】
そして、図１３及び等価回路図である図１４に示すように、被誘電率ε（ε＞１）を有する空の容器７を収納部５内の予め決められた定位置に収納した状態では、発振電極１３ａと受信電極１３ｂ間に介在することとなる容器７の存在によって静電容量が増加してＣａからＣｐ（Ｃａ＜Ｃｐ）となる。
【０００７】
なお、静電容量値Ｃｐは容器７と受信電極１３ｂ間の距離が狭いほど大きくなる。
【０００８】
ここで、定位置判定基準静電容量Ｃｐｒ（Ｃａ＜Ｃｐｒ＜Ｃｐ）を定め、この定位置判定基準静電容量Ｃｐｒに応じた定位置基準交流電流の大きさを予め測定部２１に設定しておけば、その定位置基準交流電流と受信電極１３ｂから実際に流れ込む交流電流の大きさを測定部２１で比較し、実際に流れ込む交流電流がその定位置基準交流電流以上に大きければ「容器が存在する。」と検出できるから、容器７を定位置に置くだけで自動的にその有無を検出可能となる。
【０００９】
さらに、定位置に置いた容器７内に水道水２３を徐々に入れてゆき、図１５及び等価回路図である図１６中に示すように液位が受信電極１３ｂに達すると、電極間の静電容量が更に増加してＣｐからＣｂ（Ｃｐ＜Ｃｂ）となる。
【００１０】
ここで、液位が受信電極１３ｂに達した状態を満液状態として満液判定基準静電容量Ｃｂｒとし、この満液判定基準静電容量Ｃｂｒに応じた満液基準交流電流の大きさを予め測定部２１に設定し、受信電極１３ｂから実際に流れ込む交流電流の大きさを比較可能に構成すれば、図１７及び等価回路図である図１８に示すように、受信電極１３ｂから実際に流れ込む交流電流が満液基準交流電流以上になった場合、静電容量がＣｐ＜Ｃｂｒ＜Ｃｂとなって水道水２３の満液状態の検出が可能となる。
【００１１】
その満液状態の検出信号に基づき、上述した自動給水制御装置を駆動制御すれば給水を自動的に停止することが可能となるうえ、警報を発するよう構成することも可能となる。
【００１２】
なお、静電容量値Ｃｂは、容器７と受信電極１３ｂ間の距離が狭いほど大きくなる。
【００１３】
しかも、発振電極１３ａ及び受信電極１３ｂ、特に受信電極１３ｂの形成位置を上下させることによって満液となる液位を可変できる。
【００１４】
そして、そのような静電容量形検出装置Ａでは、図１９に示すように、定位置からずらして隔壁３から更に隔てて空の容器７を置いた場合、発振電極１３ａ及び受信電極１３ｂ間に形成される静電容量をＣｐ１とすれば、この静電容量Ｃｐ１が静電容量Ｃｐより小さくなって定位置の静電容量Ｃｐとの関係がＣｐ１＜Ｃｐとなるうえ、満液状態の満液判定基準静電容量Ｃｂｒとの関係でもＣｐ１＜Ｃｐｒとなるから、受信電極１３ｂから出力される交流電流に基づき測定部２１でそれらの静電容量を測定比較し、容器７の位置ずれを検出できる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した静電容量形検出装置Ａは、図１９に示すように、水道水２３を溜めた容器７を定位置に置いた後にずらして位置変更をした場合や、収納部５内に収納する際に水道水２３の入っている容器７を定位置から離してずれた位置に置いた場合、発振電極１３ａ及び受信電極１３ｂ間に形成される静電容量をＣｂ１とすれば、満液状態の満液判定基準静電容量Ｃｂｒとの関係ではＣｐｒ＜Ｃｂ１の関係が成立する容器位置が生じ、定位置に容器７を置かない場合にも定位置においた場合と同様に「容器あり。」と判定される可能性が生じる。
【００１６】
そのため、容器７へ自動給水する給水口（図示せず。）が容器７からずれて液漏れする事態も発生する心配がある。
【００１７】
さらに、水道水２３が満液であるにも拘らず静電容量の関係がＣｂ１＜Ｃｂｒとなる位置が生じる可能性もあり、「容器あり、満杯でない。」と判定され、実際には満水又はこれに近い状態であっても給水が継続され、水道水２３が溢れてしまう事態も発生する可能性がある。
【００１８】
また、静電容量の関係がＣｐｒ＜Ｃｂ１＜Ｃｂｒとなる位置に容器７を置いた場合には、給水が可能「給液禁止の解除」となり、給水により液溢れが発生する可能性もある。
【００１９】
この状態は、定位置で給水して満液警報が出力された後、容器７をずらした場合にも生じ、容器７を一度収納位置から取り出して戻す場合など、静電容量Ｃｐ、Ｃｂについて様々な変化態様で発生し、上述した心配がある。
【００２０】
そこで、本発明者は、発振電極１３ａ及び受信電極１３ｂと容器７間の位置関係、並びに静電容量との関係を鋭意研究した結果、容器７の位置関係及びこれに溜めた液体の液位を検出できる新規の構成を見い出すとともに、容器７の位置関係の誤検出も解消し得る新規の構成を見出して本発明を完成させた。
【００２１】
本発明はそのような状況の下になされたもので、簡単な構成により、絶縁容器の有無及びその容器内に溜めた液体の液位レベルの正確な検出ができる静電容量形検出装置の提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
そのような課題を解決するために本発明に係る第１の構成は、検出用の交流信号を出力する交流信号源と、絶縁支持部と、この支持部に形成されその交流信号の印加される第１の電極と、この第１の電極の下側にてその支持部に形成され第１の電極から伝播される交流信号を出力する第２の電極と、その第１の電極の上側にて支持部に形成され共通電位に接続された共通電極とを設け、更に容器をその支持部に接近した所定の定位置に置いたときそれら第１及び第２の電極間に形成される容器検出基準静電容量が予め設定され、その第２の電極から出力される交流信号レベルに基づく静電容量を測定し、この測定静電容量が容器検出基準静電容量より下回るときその容器が定位置にないと検出する第１の測定部を有している。
しかも、その第１の測定部は、上記容器に入れた被測定液がその共通電極に達したときの満液判定基準静電容量が予め設定され、その容器検出電極から出力される交流信号に基づく静電容量を測定するとともに、その測定静電容量が満液判定基準静電容量を下回るとき被測定液が満液であると検出するよう形成されている。
【００２３】
また、本発明の第２の構成は、検出用の交流信号を出力する交流信号源と、絶縁支持部と、この支持部に形成されその交流信号の印加される第１の電極と、この第１の電極の下側にてその支持部に形成され第１の電極から伝播される交流信号を出力する第２の電極と、その第１の電極の上側にて支持部に形成され共通電位に接続された共通電極とを設け、更に容器をその支持部に接近した所定の定位置に置いたときそれら第１及び第２の電極間に形成される容器検出基準静電容量が予め設定され、その第２の電極から出力される交流信号レベルに基づく静電容量を測定し、この測定静電容量が容器検出基準静電容量より下回るときその容器が定位置にないと検出する第１の測定部に加えて、以下の構成を有している。
すなわち、上記共通電極の上側にて上記支持部に形成され第１の電極から伝播される交流信号を出力する第３の電極と、上記容器を支持部に接近した所定の定位置に置いたときそれら第１及び第３の電極間に形成される液位検出基準静電容量が予め設定され、その第３の電極から出力される交流信号レベルに基づく静電容量を測定し、この測定静電容量が液位検出基準静電容量より下回るときその容器内の被測定液が定液位に達していないと検出する第２の測定部とを有している。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分は同一の符号を付す。
【００２５】
図１は本発明の静電容量形検出装置に係る第１の構成の概略を示す図であり、浄水器に搭載する場合を例にしている。
【００２６】
図１において、支持部としての絶縁性の隔壁３は、図１１の本体ケース１を仕切って収納部５を形成するものである。
【００２７】
収納部５に対して隔壁３の外側下部には、発振電極（第１の電極）２５を挟んで下側には容器検出電極（第２の電極）２７、上側には共通電極２９が互いに若干の間隔を置いて上下方向に形成されている。
【００２８】
発振電極２５は、シールドケーブル３１の芯線を介して交流信号源３３に接続されており、この交流信号源３３から例えば４０ＫＨｚの交流電圧が発振電極２５に印加されるようになっている。
【００２９】
容器検出電極２７は、シールドケーブル３５の芯線を介して第１の測定部３７ａに接続されている。
【００３０】
共通電極２９は共通電位に接続されるとともにシールドケーブル３１、３５のシールド部に接続されており、これらと交流信号源３３の共通電位ともなっている。
【００３１】
容器７は、被測定液としての例えば水道水（図１では図示せず。）２３を溜める絶縁性のものであり、収納部５に収納されたとき、発振電極２５、容器検出電極２７及び共通電極２９と隔壁３を間に置いて対面するようになっている。なお、図１中の符号３９は容器７を受ける収納部５の絶縁底部である。
【００３２】
第１の測定部３７ａは、容器検出電極２７からシールドケーブル３５を介して入力された交流電流の大きさから、容器検出電極２７と発振電極２５間に形成される静電容量値Ｃａを測定するとともにその変化を検出し、容器７の位置状態、例えば容器７の有無、位置ずれ、又は溜めた水道水２３の液位を測定する機能を有する。その詳細な機能は次の動作を説明する過程で説明する。
【００３３】
なお、本発明において容器７の位置ずれとは、例えば浄水器の好ましい使用態様位置、具体的には隔壁３に近接した所定の定位置といった基準位置からずれ、発振電極２５等からより離れた位置状態をいう。
【００３４】
以下に第１の構成の動作を説明する。
第１の構成において、収納部５内に容器７を収納しない状態では、発振電極２５と容器検出電極２７の間には静電容量Ｃａ１が、発振電極２５と共通電極２９の間には静電容量Ｃｓが実測値として発生し、空の容器７を収納部５内の定位置に収納した状態では、発振電極２５と容器検出電極２７の間には静電容量Ｃａ２が発生する。図２はその等価回路図である。
【００３５】
空の容器７を定位置に置いた状態では、静電容量Ｃａ２が静電容量Ｃａ１より大きくなってＣａ１＜Ｃａ２となるから、静電容量Ｃａ１より大きく静電容量Ｃａ２より小さい静電容量Ｃａｒ（Ｃａ１＜Ｃａｒ＜Ｃａ２）を定位置判定基準静電容量Ｃａｒとし、これと静電容量Ｃａ２を比較し、条件Ｃａ１＜Ｃａｒ＜Ｃａ２が満たされれば、「容器あり。」と判定できる訳である。
【００３６】
そして、第１の測定部３７ａは、予め定位置判定基準静電容量Ｃａｒ又はこれに相当する電流の大きさが設定されており、容器検出電極２７からの測定電流の大きさと定位置判定基準静電容量Ｃａｒに相当する電流の大きさ又は、測定電流の大きさに相当する静電容量Ｃａ２と定位置判定基準静電容量Ｃａｒとを比較し、静電容量Ｃａ２が定位置判定基準静電容量Ｃａｒを超えていれば、「容器あり。」と判定する検出信号を出力する機能を有している。
【００３７】
さらに、空の容器７を定位置より離して置いた場合に静電容量Ｃａ２が小さくなるから、定位置判定基準静電容量Ｃａｒとの関係でＣａ２＜Ｃａｒとなると、静電容量Ｃａ２が定位置判定基準静電容量Ｃａｒに達せず、第１の測定部３７ａは「容器なし。」と判定した検出信号を出力する機能を有している。
【００３８】
なお、発振電極２５と容器検出電極２７間の静電容量はｐＦオーダで極めて小さいから、少しでも容器７をずらせると静電容量Ｃａ２が極めて小さくなってＣａ２＜Ｃａｒの関係が成り立つ。
【００３９】
そして、第１の測定部３７ａからの検出信号に基づき、容器７への給水を禁止することが可能となる。
【００４０】
次に、収納部５内の定位置に空の容器７を置いて水道水２３を給水する場合を説明する。
【００４１】
この場合、図３に示すように容器７内の液位が上昇すると、これに伴って水道水２３が短絡電極として機能し、上述した発振電極２５と容器検出電極２７間に形成された静電容量Ｃａ１や発振電極２５と共通電極２９間に形成された静電容量Ｃｓは、図４の等価回路のようになる。
【００４２】
すなわち、発振電極２５と容器７の間に静電容量Ｃｇが、容器検出電極２７と容器７の間には静電容量Ｃａが、共通電極２９と容器７の間には静電容量Ｃｓが形成される。
【００４３】
しかも、図４の等価回路からも分るように、交流信号源３３の交流電圧Ｖｇが、静電容量Ｃｇ、Ｃａ、Ｃｓによって分圧され、静電容量Ｃｓの両端電圧がＶｑとなり、液位の上昇に伴って静電容量Ｃｇが上昇するとともにこれに対応して電圧Ｖｑも上昇する。
【００４４】
なお、水道水２３は一般には導電性液体であるが、浄水の程度によっては純水相当となって絶縁性液体に近くなるが、この場合でも誘電率の高い液体であるから液中インピーダンスが十分低く、導電性液体とほぼ等価な液短絡相当の分布となるため、水道水２３を程度の高い浄水として貯水する場合も、図４の等価回路と同等になると考えられる。
【００４５】
そして、静電容量Ｃａに流れる電流は、空の容器７の状態のＣａ２相当から発振電極２５付近まで液位の上昇に伴って定位置判定基準静電容量Ｃａｒ（Ｃａ２）に相当する電流を超えて上昇し、液位が共通電極２９の近辺に達するあたりまで上昇する。すなわち、水道水２３の上昇に伴ってその電位が上昇して静電容量Ｃａに流れる電流が上昇する。
さらに液位の上昇に伴って静電容量Ｃｓが上昇するため静電容量Ｃｓの両端電圧Ｖｑが減少に転じ、その後は定位置判定基準静電容量Ｃａｒに相当する電流を超えて低下し、共通電極２９が液位上昇方向に長い場合にはますます静電容量Ｃｓが増加してこの両端電圧Ｖｑが低下し、静電容量Ｃａ１に相当する電流より低下することにもなり得る。すなわち、水道水２３の上昇に伴って増加した静電容量Ｃｓを介して交流電流が共通電極２９に流れ、静電容量Ｃａに流れる電流が減少する。減少する割合が（Ｖｑ／Ｖｇ）となる。
静電容量Ｃａに流れる電流変化分をそれに相当する静電容量変化分にして示すと、図５のようになる。
【００４６】
他方、容器７を定位置に置いた場合の満液時の静電容量ＣａをＣａ３とし、交流信号源３３の交流電圧をＶｇ、共通電位に接続された静電容量Ｃｓの両端電圧をＶｑとすれば、水道水２３による液短絡に基づき交流信号源３３の交流電圧Ｖｇが静電容量Ｃｇ、Ｃｓ、Ｃａに分圧されるから、静電容量Ｃｓが小さいときに比べて水道水２３の電位がＶｇからＶｑに下がり、それら静電容量Ｃａ３によって得られる検出電流は、次のように定位置判定基準静電容量Ｃａｒに相当する電流より下回ることにもなり得る。
Ｃａｒ＞（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃａ３
【００４７】
従って、第１の測定部３７ａにおいて、容器７に入れた水道水２３が共通電極２９に達したときの満液判定基準静電容量Ｃａｑ又はこれに相当する電流の大きさを予め設定し、容器検出電極２７からの測定電流の大きさを測定するとともに、その測定電流の変化が満液判定基準静電容量Ｃａｑを下回った点を検出可能に形成すれば、容器検出電極２７からの測定電流の大きさによって水道水２３の満液状態の検出も可能となる。
【００４８】
もっともこの場合、静電容量Ｃａｑは必ずしも静電容量Ｃａ１以下である必要はない。
【００４９】
また、この場合には、Ｃａｒ＞（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃａ３の関係となった場合、容器なし判定も出ているから「容器なし判定」では、「給液停止」とせず、「給液開始の禁止」として用いる。なお、「給液の開始」は自動、手動のいずれでも良いが、そのいずれをも禁止することを意味する。
【００５０】
さらに、容器７を定位置からずらせて置いた場合の満液時の静電容量をＣａ４とすると、静電容量Ｃａ４がＣａ３より小さいうえ、図３、図４の関係が成立する距離では静電容量Ｃａ、Ｃｇ、Ｃｓがほぼ同比率で減少するから、その静電容量Ｃａ４は次のようになって満液判定基準静電容量Ｃａｑより下回る。
Ｃａｑ＞（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃａ３＞（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃａ４
【００５１】
従って、容器７を定位置に置いた場合とずらせて置いた場合で、水道水２３の液位検出として把握すると、満液状態を検出可能となる。
【００５２】
しかも、満液判定基準静電容量Ｃａｑが静電容量Ｃａ１以下（Ｃａｑ≦Ｃａ１）であれば、第１の測定部３７ａの動作を容器７の位置検出動作として機能させると、満液、空のいずれの場合でも容器７を定位置からずらせて置いた場合には、静電容量Ｃａ４やＣａ２がより小さくなって「容器なし。」との検出となるので、給液の開始を禁止すれば良い。
【００５３】
さらに、満液の容器７を大きくずらすと、静電容量Ｃａ４、Ｃｓが一層小さくなり、ほぼ図１、図２に近い関係になって容器ありの判定となることはなく、空の容器７を定位置に置いた時のみ給液の開始が可能となる。
【００５４】
このように本発明の静電容量形検出装置に係る第１の構成では、隔壁３に発振電極２５を間に置いて下側に容器検出電極２７を、上側に共通電極２９を互いに間隔を置いて上下方向に形成し、その発振電極２５には交流信号源３３を接続し、容器検出電極２７には第１の測定部３７ａを接続し、共通電極２９はそれら交流信号源３３や第１の測定部３７ａの共通電位を形成し、その第１の測定部３７ａには、その容器７を定位置に置いたときそれら発振電極２５及び容器検出電極２７間に形成される容器検出基準静電容量Ｃａｒを予め設定し、その第１の測定部３７ａにてその容器検出電極２７から出力される交流電流の大きさに基づく静電容量Ｃａ１、Ｃａ２を測定するとともに、この測定静電容量Ｃａ１、Ｃａ２が容器検出基準静電容量Ｃａｒより下回るときその容器７が定位置にないと検出するよう形成した。
【００５５】
そのため、容器７を定位置に収納したか、定位置よりずれて離れた位置に収納したかの判定が可能となる。
【００５６】
しかも、第１の測定部３７ａには、水道水２３が共通電極２９に達したときの満液判定基準静電容量Ｃａｑを予め設定し、その容器検出電極２７から出力される交流信号に基づく静電容量Ｃａ３を測定し、その測定静電容量が満液判定基準静電容量Ｃａｑを下回るとき水道水２３が満液であると検出するから、容器７を定位置に収納した場合、その容器検出電極２７から出力される交流電流の大きさに基づく静電容量Ｃａ３の変化や値を測定することにより、給水による液位の上昇及び満液状態の検出も可能となるうえ、３個の電極によって形成可能となるから構成も簡単である。
【００５７】
そして、第１の構成においては、満液状態の判定が、静電容量Ｃａ４と交流信号源３３の電位Ｖｇおよび水道水２３の液短絡電位Ｖｓとの関係、すなわち（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃａ４によっているため、満液容器７が定位置よりずれた場合には、容器検出電極２７と共通電極２９で形成される静電容量Ｃａ４、Ｃｓがより小さくなって「容器なし。」の判定が可能となっている。
【００５８】
第１の構成において、発振電極２５、容器検出電極２７及び共通電極２９は、湾曲した隔壁３に湾曲面状態で形成する構成に限らず、図７に示すように発振電極２５、容器検出電極２７及び共通電極２９を形成する部分を肉厚にしてこれに平面的な状態で形成する構成も可能である。以下の構成でも同様である。
【００５９】
ところで、本発明の第１の構成では、定位置に容器７を収納したか否か、及び定位置に収納した容器７内についてその満液状態の検出が可能であり、更に、容器７を定位置以外に収納した状態では、そもそも「給液の開始」が禁止され、容器７に液が入ることがなかった。
【００６０】
また、給液開始後の位置ずれが生じた場合でも、図３及び図４の成立する範囲のずれであれば、Ｃａ３＞Ｃａ４の関係により、水道水２３が本来の満液位置にあるよりも低い水位で満液判定が得られるが、容器ありの判定はＣａ＞Ｃａｒの関係、満液の判定はＣａ＜Ｃａｑの関係のように、同一出力に対する逆方向判定が必要となり、回路構成上の制約がある。
【００６１】
次に、静電容量Ｃａとは別の判定対象Ｃｂを備え、満液状態の判定が可能な第２の構成を説明する。
【００６２】
図８は、本発明の静電容量形検出装置に係る第２の構成を示す図である。
図８において、隔壁３には、共通電極２９の上側に間隔を置いて第３の電極として液位検出電極４１が、発振電極２５及び容器検出電極２７と上下一列状態で形成されている。
【００６３】
液位検出電極４１は、シードケーブル４３の芯線を介して第２の測定部３７ｂに接続されており、シードケーブル４３のシールド部は共通電極２９及び他のシードケーブル３１、３５のシールド部に接続されている。
【００６４】
第２の測定部３７ｂは、液位検出電極４１からシールドケーブル４３を介して入力された交流電流の大きさから、液位検出電極４１と容器７間すなわち液位検出電極４１と発振電極２５間に形成される静電容量値Ｃｂを測定するとともにその変化を検出し、水道水２３の液位、特に満液状態を測定する機能を有する。その詳細な機能は、以下にその動作を説明する過程で説明する。
【００６５】
なお、他の構成すなわち隔壁３、容器７、発振電極２５、容器検出電極２７及び共通電極２９の構成、これら電極に接続されたシードケーブル３１、３５及び交流信号源３３の構成及び動作は図１と同様であり、説明は省略する。
【００６６】
以下に、図８に示した第２の構成の動作を説明する。
第２の構成では、発振電極２５と容器検出電極２７間に形成された静電容量Ｃａや発振電極２５と共通電極２９間に形成された静電容量Ｃｓの他に、発振電極２５と液位検出電極４１間には静電容量Ｃｂが形成され、空の容器７を置いた状態についての動作は、第１の構成と同様であり、発振電極２５と液位検出電極４１間の静電容量Ｃｂも容器７を置いた位置に応じた値となってあまり意味を持たない。
【００６７】
一方、容器７内に水道水２３を給水すると、水道水２３が電極として機能してその構成が図８及び図９に示すようになる。
【００６８】
ここで、空の容器７を定位置に置いた場合、発振電極２５と液位検出電極４１間の静電容量ＣｂをＣｂ１とし、液位検出電極４１付近まで上昇した液位を満液とした場合、この満液状態の静電容量ＣｂをＣｂ２とすると、静電容量Ｃｂ１よりＣｂ２が大きくなるが、上述したように、水道水２３による液短絡に基づき静電容量Ｃｓが大きくなって交流信号源３３の交流電圧ＶｇがＶｑに分圧され、液位検出電極４１によって得られる静電容量Ｃｂ２が電位ＶｑとＶｇの比の積（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃｂ２の関係となって静電容量Ｃｂ２も小さくなる。
【００６９】
また、静電容量Ｃｂ１とＣｂ２は、Ｃｂ１＜＜Ｃｂ２の関係となるから、満液状態によって静電容量Ｃｂ２が小さくなっても、
Ｃｂ１＜（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃｂ２
の関係が依然として成立する。
【００７０】
なお、電圧Ｖｇが、静電容量Ｃｇ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｃｂで分圧されるから、電位ＶｑとＶｇの関係は、Ｖｇ＞Ｖｑとなる。
【００７１】
すなわち、発振電極２５と定位置検出電極４１間の距離が離れているため、「電界は交わらない。」という電磁気の基本原理からして、容器７が空の状態では発振電極２５と共通電極２９間の電界分布の方が濃くて、発振電極２５と定位置検出電極４１間の電界分布が極めて薄く、静電容量Ｃｂ１は極めて小さな値を示す。
【００７２】
しかし、水道水２３の液位上昇（液短絡）に伴って対象電極が発振電極２５から水道水２３に代ることによって発振電極２５と定位置検出電極４１間距離が極端に小さくなった状態となり、静電容量Ｃｂ１とＣｂ２の間にはＣｂ１＜＜Ｃｂ２の関係が成立する。
【００７３】
そのため、水道水２３による液短絡に基づく分圧により、交流信号源３３の交流電圧Ｖｇが電圧Ｖｑに下がったとしても（Ｖｑ／Ｖｇ）＜（Ｃｂ２／Ｃｂ１）となるように定位置検出電極４１を配置すれば、定位置検出電極４１による測定電流は空の容器７よりも満液時の方が大きくなる。
【００７４】
そして、第２の測定部３７ｂは、Ｃｂ１＜Ｃｂｒ＜（Ｖｑ／Ｖｇ）Ｃｂ２となるような満液判定基準静電容量Ｃｂｒ及びこれに対応した電流値を予め設定しておき、定位置検出電極４１から出力される電流の大きさとを検出比較し、条件Ｃｂｒ＜（Ｖｑ／Ｖｇ）Ｃｂ２を満たす静電容量を検出したとき、満液状態であると検出する検出信号を出力する機能を有している。
【００７５】
そして、満液状態での検出点を（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃｂ２として、容器７を定位置からずらすと、静電容量Ｃｂが静電容量Ｃｂ３となり、
Ｃｂｒ＞（Ｖｑ／Ｖｇ）×Ｃｂ３
となって満液状態が検出できないが、上述した第１の構成で既に説明したように、容器７の定位置に係る満液時の静電容量Ｃａ３及び位置ずれに係る満液時の静電容量Ｃａ４について、交流電圧の電位ＶｑとＶｇの比との積が、容器検出基準静電容量Ｃａｒを下回るように設定しておけば、「容器なし。」と判定されるので、支障はない。
【００７６】
このように第２の構成では、第１の構成における隔壁３、発振電極２５、容器検出電極２７、共通電極２９及び交流信号源３３に加えて、共通電極２９の上側に間隔を置いて液位検出電極４１を発振電極２５及び容器検出電極２７と上下一列状態で形成し、その液位検出電極４１に第２の測定部３７ｂを接続し、この第２の測定部３７ｂに、容器７を定位置に置いたときそれら発振電極２５及び液位検出電極４１間に形成される液位検出基準静電容量Ｃｂｒを予め設定し、その第２の測定部３７ｂにてその液位検出電極４１から出力される交流電流の大きさから静電容量Ｃｂ１、Ｃｂ２を測定し、この測定静電容量Ｃｂ１、Ｃｂ２が液位検出基準静電容量Ｃｂｒより下回るときその容器７内の水道水２３が満液に達していないと検出するよう形成したから、「給液開始の可否」決定は静電容量Ｃａ、満液判定は静電容量Ｃｂと分離できるため、第１の構成とは異なった電極配置において、満液状態の判定が可能となる。
【００７７】
しかも、液位検出電極４１の形成位置を上下方向で適当に変移させれば、満液位置を変更することが可能となる。
【００７８】
上述した各実施の形態では、第１及び第２の測定部３７ａ、３７ｂに予め容器検出基準静電容量や液位検出基準静電容量を予め設定し、上記第２又は第３の電極である容器検出電極２７や液位検出電極４１から出力される交流信号レベルに基づく静電容量を測定し、それらの静電容量を比較する構成としたが、本発明の静電容量形検出装置においては、容器検出基準静電容量や液位検出基準静電容量に相当する電流の大きさを予め設定し、上記容器検出電極２７や液位検出電極４１から出力される交流信号レベルを測定してそれらを比較する構成も可能であり、第１及び第２の測定部３７ａ、３７ｂにおける容器検出基準静電容量や液位検出基準静電容量、測定静電容量は相当する交流信号状態も含むものである。
【００７９】
なお、第１及び第２の測定部３７ａ、３７ｂは、同一の回路構成や機能構成を切換えて形成したり、独立の構成とすることは任意である。
【００８０】
ところで、本発明に係る静電容量形検出装置は、浄水器に限らず広く液体を溜める絶縁容器の有無及びこの容器に溜めた液体の液面レベル検出に広く応用可能であるし、容器７を収納する構成の他、単に容器７を置いてその容器７の有無及びこの容器７に溜めた液体の液面レベル検出に応用可能である。
【００８１】
しかも、本発明に係る静電容量形検出装置において検出される液位は、満液状態に限定されず、任意の定位置に達した状態の検出も可能である。
【００８２】
また、上述した第１及び第２の測定部や交流信号源が電極と近接できる場合や、外周からの影響が無視できる場合には、シールドケーブルを使用せず、通常のリード線による接続も可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の静電容量形検出装置に係る第１の構成は、絶縁支持部に、第１の電極を間に挟んで上下に第２の電極及び共通電極を互いに間隔を置いて形成し、交流信号を出力する交流信号源をその第１の電極に接続し、その第２の電極には第１の測定部を接続し、この第１の測定部を以下のように形成した。
すなわち、その第１の測定部として、その容器を支持部に接近した所定の定位置に置いたときそれら第１及び第２の電極間に形成される容器検出基準静電容量が予め設定され、その第２の電極から出力される交流信号レベルに基づく静電容量を測定し、この測定静電容量が容器検出基準静電容量より下回るときその容器が定位置にないと検出するよう形成するとともに、上記容器に入れた被測定液がその共通電極に達したときの満液判定基準静電容量が予め設定され、その容器検出電極から出力される交流信号に基づく静電容量を測定し、その測定静電容量が満液判定基準静電容量を下回るとき被測定液が満液であると検出するよう形成した。
そのため、容器を定位置に配置した場合には、単に３個の電極により、容器を定位置に配置したか否か、又は定位置よりずれて離れた位置に配置したかの判定に加えて、被測定液の所定液位の検出が可能となる。
また、本発明の第２の構成は、第１の構成の主要部に加えて、上記支持部に、共通電極の上側にて第１の電極から伝播される交流信号を出力する第３の電極を設ける一方、上記容器を支持部に接近した所定の定位置に置いたときそれら第１及び第３の電極間に形成される液位検出基準静電容量が予め設定され、その第３の電極から出力される交流信号レベルに基づく静電容量を測定し、この測定静電容量が液位検出基準静電容量より下回るときその容器内の被測定液が定液位に達していないと検出する第２の測定部を設けたから、第１の構成とは異なる構成によって容器の位置検出及び被測定液の定液位検出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電容量形検出装置に係る第１の構成を示す図である。
【図２】第１の構成に係る等価回路図である。
【図３】第１の構成に係る動作を説明する図である。
【図４】第１の構成に係る別の等価回路図である。
【図５】第１の構成に係る動作を説明する図である。
【図６】第１の構成に係る動作を説明する図である。
【図７】本発明の静電容量形検出装置に係る応用例を示す概略図である。
【図８】本発明の静電容量形検出装置に係る第２の構成を示す図である。
【図９】第２の構成に係る動作を説明する図である。
【図１０】第２の構成に係る等価回路図である。
【図１１】本発明及び従来の静電容量形検出装置を搭載する浄水器を示す概略平面図である。
【図１２】従来の静電容量形検出装置を示す図である。
【図１３】従来の静電容量形検出装置の動作を説明する図である。
【図１４】従来の静電容量形検出装置の等価回路図である。
【図１５】従来の静電容量形検出装置の動作を説明する図である。
【図１６】従来の静電容量形検出装置の等価回路図である。
【図１７】従来の静電容量形検出装置の動作を説明する図である。
【図１８】従来の静電容量形検出装置の等価回路図である。
【図１９】従来の静電容量形検出装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１本体ケース
３隔壁（支持部）
５、９収納部
７容器
１１慮過器
１３ａ発振電極（電極）
１３ｂ受信電極（電極）
１５、３３交流信号源
１７、１９、３１、３５シールドケーブル
２１測定部
３７ａ第１の測定部（測定部）
３７ｂ第２の測定部（測定部）
２３水道水（被測定液）
２５発振電極（第１の電極）
２７容器検出電極（第２の電極）
２９共通電極
３９底部
４１液位検出電極（第３の電極）
Ａ静電容量形検出装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a capacitance type detection device, and for example, relates to an improvement in a capacitance type detection device that detects the presence or absence of a container in which water is stored in a water purifier or the like and the liquid level of the stored water.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, water purifiers that purify tap water by connecting to water pipes have become popular in homes. As this water purifier, a water purifier is provided which has a function of purifying tap water and storing it in a container and automatically stopping water supply from a pipe when the container is full.
[0003]
  For example, as shown in FIG. 11, the inside of a box-shaped insulating main body case 1 is divided into left and right by a partition wall 3, and a cup-shaped insulating container 7 can be stored in a cylindrical storage portion 5 formed on one side. In addition, the other storage unit 9 stores an electrostatic capacity detection device A that detects the presence / absence of the container 7 and a full water state in the container 7 in addition to the safety device 11 and the automatic water supply control device (not shown), Based on the detection result of the capacitance type detection device A, the automatic water supply control device is operated to enable automatic water supply and stop from the pipe. FIG. 11 is a schematic plan view showing a state in which the upper lid is removed.
[0004]
  As shown in FIG. 12, the electrostatic capacitance type detection device A has an oscillation electrode 13a and a reception electrode 13b formed on the upper part of the partition wall 3 with a slight vertical spacing, and a shield on the lower oscillation electrode 13a. The AC signal source 15 is connected via the cable 17, and the upper receiving electrode 13 b is connected to the measuring unit 21 via the shield cable 19.
[0005]
  In such a capacitance type detection device A, when the container 7 is not housed in the housing portion 5, the electrostatic capacitance Ca formed between the oscillation electrode 13 a and the receiving electrode 13 b is mainly the partition wall 3 and the housing portion 5. When an AC voltage of, for example, 40 kHz is applied from the AC signal source 15 to the oscillation electrode 13a, an AC current having a magnitude corresponding to the capacitance Ca is generated from the reception electrode 13b. By flowing to the measurement unit 21 and measuring the magnitude of this alternating current by the measurement unit 21, the capacitance Ca is known.
[0006]
  Then, as shown in FIG. 13 and FIG. 14 which is an equivalent circuit diagram, in a state where an empty container 7 having a dielectric constant ε (ε> 1) is stored in a predetermined fixed position in the storage unit 5, The capacitance increases due to the presence of the container 7 that is interposed between the oscillation electrode 13a and the reception electrode 13b, and Ca is changed to Cp (Ca <Cp).
[0007]
  The capacitance value Cp increases as the distance between the container 7 and the receiving electrode 13b decreases.
[0008]
  Here, a fixed position determination reference capacitance Cpr (Ca <Cpr <Cp) is determined, and the magnitude of the fixed position reference AC current corresponding to the fixed position determination reference capacitance Cpr is set in the measurement unit 21 in advance. If this is the case, the measurement unit 21 compares the fixed position reference AC current and the magnitude of the AC current actually flowing from the receiving electrode 13b. If the AC current actually flowing is larger than the fixed position reference AC current, “there is a container. Therefore, the presence / absence of the container 7 can be automatically detected simply by placing the container 7 at a fixed position.
[0009]
  Further, the tap water 23 is gradually put into the container 7 placed at a fixed position, and when the liquid level reaches the receiving electrode 13b as shown in FIG. 15 and FIG. The electric capacity further increases from Cp to Cb (Cp <Cb).
[0010]
  Here, a state where the liquid level reaches the receiving electrode 13b is defined as a full liquid state, which is defined as a full liquid determination reference capacitance Cbr, and a full liquid reference AC current corresponding to the full liquid determination reference capacitance Cbr is set in advance. When the measurement unit 21 is set so that the magnitude of the alternating current actually flowing from the receiving electrode 13b can be compared, the alternating current actually flowing from the receiving electrode 13b is shown in FIG. 17 and FIG. 18 which is an equivalent circuit diagram. When the current becomes equal to or higher than the full liquid reference AC current, the capacitance becomes Cp <Cbr <Cb, and the full liquid state of the tap water 23 can be detected.
[0011]
  If the above-described automatic water supply control device is driven and controlled based on the detection signal of the full liquid state, the water supply can be automatically stopped, and an alarm can be generated.
[0012]
  The capacitance value Cb increases as the distance between the container 7 and the receiving electrode 13b decreases.
[0013]
  In addition, the liquid level that becomes full can be varied by raising and lowering the formation positions of the oscillation electrode 13a and the reception electrode 13b, particularly the reception electrode 13b.
[0014]
  In such a capacitance type detection apparatus A, as shown in FIG. 19, when an empty container 7 is placed at a distance from the fixed position and further away from the partition wall 3, the gap between the oscillation electrode 13a and the reception electrode 13b is set. If the capacitance formed is Cp1, the capacitance Cp1 is smaller than the capacitance Cp, the relationship with the fixed position capacitance Cp becomes Cp1 <Cp, and the liquid is full. Since Cp1 <Cpr also in relation to the determination reference capacitance Cbr, the measurement unit 21 can measure and compare the capacitance based on the alternating current output from the reception electrode 13b, and detect the positional deviation of the container 7. .
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the capacitance type detection device A described above is stored in the storage unit 5 when the container 7 in which the tap water 23 is stored is shifted after being placed at a fixed position as shown in FIG. When the container 7 containing the tap water 23 is placed at a position shifted away from the home position when the capacitance is formed between the oscillation electrode 13a and the reception electrode 13b as Cb1, The container position where the relationship of Cpr <Cb1 is established occurs in relation to the full liquid judgment reference capacitance Cbr. When the container 7 is not placed at the fixed position, “there is a container” as in the case of the fixed position. May be determined.
[0016]
  For this reason, there is a concern that a water supply port (not shown) for automatically supplying water to the container 7 may be displaced from the container 7 and leak.
[0017]
  Furthermore, although the tap water 23 is full, there is a possibility that a position where the capacitance relationship is Cb1 <Cbr may occur, and it is determined that “there is a container and it is not full”. Even in a state close to this, water supply is continued, and there is a possibility that the tap water 23 overflows.
[0018]
  In addition, when the container 7 is placed at a position where the relationship of capacitance is Cpr <Cb1 <Cbr, water supply is possible “cancellation of liquid supply prohibition”, and liquid overflow may occur due to water supply.
[0019]
  This state also occurs when the container 7 is shifted after water is supplied at a fixed position and a full liquid warning is output. For example, when the container 7 is once taken out from the storage position and returned, there are various capacitances Cp and Cb. There are worries mentioned above that occur in various ways.
[0020]
  Therefore, as a result of earnest research on the positional relationship between the oscillation electrode 13a and the receiving electrode 13b and the container 7 and the relationship with the capacitance, the present inventor has determined the positional relationship of the container 7 and the liquid level of the liquid accumulated therein. The present invention has been completed by finding a new configuration that can be detected and finding a new configuration that can eliminate erroneous detection of the positional relationship of the container 7.
[0021]
  The present invention has been made under such circumstances, and provides a capacitance type detection device capable of accurately detecting the presence or absence of an insulating container and the liquid level of the liquid accumulated in the container with a simple configuration. With the goal.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve such a problem, a first configuration according to the present invention includes an AC signal source that outputs an AC signal for detection, an insulating support, and an AC signal that is formed on the support and is applied with the AC signal. A first electrode, a second electrode that is formed on the support portion below the first electrode and that outputs an AC signal propagated from the first electrode, and an upper side of the first electrode A container detection reference formed between the first and second electrodes when the container is placed at a predetermined fixed position close to the support and provided with a common electrode formed on the support and connected to a common potential Capacitance is set in advance, and the capacitance based on the AC signal level output from the second electrode is measured. When the measured capacitance is lower than the container detection reference capacitance, the container is in place. It has the 1st measurement part which detects that there is no.
  In addition, the first measuring unit has a preset full liquid determination reference capacitance when the liquid to be measured placed in the container reaches the common electrode, and generates an AC signal output from the container detection electrode. In addition to measuring the electrostatic capacity based on this, it is configured to detect that the liquid to be measured is full when the measured electrostatic capacity falls below the full liquid determination reference electrostatic capacity.
[0023]
  The second configuration of the present invention is as follows.An AC signal source for outputting an AC signal for detection, an insulating support, a first electrode formed on the support and applied with the AC signal, and a support below the first electrode A second electrode that outputs an AC signal propagated from the first electrode and a common electrode that is formed on the support portion and connected to the common potential on the upper side of the first electrode. When a container is placed at a predetermined position close to the support portion, a container detection reference capacitance formed between the first and second electrodes is preset, and an AC signal output from the second electrode In addition to the first measurement unit that measures the electrostatic capacity based on the level and detects that the container is not in a fixed position when the measured electrostatic capacity is lower than the container detection reference electrostatic capacity, the following configuration is provided.Have.
  That is,A third electrode that is formed on the support portion above the common electrode and outputs an AC signal propagated from the first electrode; and when the container is placed at a predetermined fixed position close to the support portion, A liquid level detection reference capacitance formed between the first and third electrodes is set in advance, and the capacitance based on the AC signal level output from the third electrode is measured. And a second measurement unit that detects that the liquid to be measured in the container does not reach the constant liquid level when the liquid level is lower than the reference capacitance.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in a prior art example.
[0025]
  FIG. 1 is a diagram showing an outline of a first configuration according to the capacitance type detection device of the present invention, and an example of mounting on a water purifier is taken as an example.
[0026]
  In FIG. 1, an insulating partition 3 as a support part forms the storage part 5 by partitioning the main body case 1 of FIG. 11.
[0027]
  A container detection electrode (second electrode) 27 on the lower side with an oscillation electrode (first electrode) 25 sandwiched between the housing 3 and the lower portion of the partition wall 3, and a common electrode 29 slightly on the upper side. It is formed in the vertical direction with an interval of.
[0028]
  The oscillation electrode 25 is connected to an AC signal source 33 via a core wire of the shield cable 31, and an AC voltage of, for example, 40 KHz is applied from the AC signal source 33 to the oscillation electrode 25.
[0029]
  The container detection electrode 27 is connected to the first measurement unit 37 a via the core wire of the shield cable 35.
[0030]
  The common electrode 29 is connected to a common potential and is also connected to the shield portions of the shielded cables 31 and 35, and serves as a common potential for these and the AC signal source 33.
[0031]
  The container 7 is an insulating material that stores, for example, tap water (not shown in FIG. 1) 23 as a liquid to be measured. When the container 7 is stored in the storage unit 5, the container 7 and the container detection electrode 27 are common. The electrodes 29 and the partition walls 3 are placed between and face each other. In addition, the code | symbol 39 in FIG. 1 is the insulation bottom part of the accommodating part 5 which receives the container 7. FIG.
[0032]
  The first measurement unit 37a measures the capacitance value Ca formed between the container detection electrode 27 and the oscillation electrode 25 from the magnitude of the alternating current input from the container detection electrode 27 via the shield cable 35. And the change is detected and it has the function to measure the position state of the container 7, for example, the presence or absence of the container 7, a position shift, or the liquid level of the accumulated tap water 23. The detailed function will be described in the process of explaining the next operation.
[0033]
  In the present invention, the position shift of the container 7 is a position where the water purifier is preferably used, for example, a position deviated from a reference position such as a predetermined fixed position close to the partition wall 3, and is further away from the oscillation electrode 25 or the like. State.
[0034]
  The operation of the first configuration will be described below.
  In the first configuration, when the container 7 is not housed in the housing portion 5, the electrostatic capacitance Ca 1 is between the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27, and the electrostatic capacitance is between the oscillation electrode 25 and the common electrode 29. In a state where the capacitance Cs is generated as an actual measurement value and the empty container 7 is stored at a fixed position in the storage unit 5, the capacitance Ca2 is provided between the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27.Will occur.FIG. 2 is an equivalent circuit diagram thereof.
[0035]
  When the empty container 7 is placed at a fixed position, the capacitance Ca2 is larger than the capacitance Ca1 and Ca1 <Ca2, so that the capacitance Car ( Ca1 <Car <Ca2) is defined as a fixed position determination reference electrostatic capacitance Car, and this is compared with the electrostatic capacitance Ca2. If the condition Ca1 <Car <Ca2 is satisfied, it can be determined that “there is a container”.
[0036]
  In the first measurement unit 37a, the fixed position determination reference capacitance Car or the magnitude of the current corresponding thereto is set in advance, and the measured current magnitude from the container detection electrode 27 and the fixed position determination reference static value are set. The capacitance Ca2 corresponding to the magnitude of the electric current Car or the capacitance Ca2 corresponding to the magnitude of the measured current is compared with the fixed position determination reference capacitance Car, and the fixed capacitance Ca2 is determined as the fixed position determination reference capacitance. If it exceeds Car, it has a function of outputting a detection signal that determines that “there is a container”.
[0037]
  Furthermore, since the capacitance Ca2 is reduced when the empty container 7 is placed away from the fixed position, if Ca2 <Car in relation to the fixed position determination reference capacitance Car, the capacitance Ca2 is fixed. The first measurement unit 37a has a function of outputting a detection signal determined as “no container” without reaching the determination reference capacitance Car.
[0038]
  Since the electrostatic capacitance between the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27 is extremely small on the order of pF, if the container 7 is displaced as much as possible, the electrostatic capacity Ca2 becomes extremely small and the relationship of Ca2 <Car is established.
[0039]
  And based on the detection signal from the 1st measurement part 37a, it becomes possible to prohibit the water supply to the container 7. FIG.
[0040]
  Next, the case where the empty container 7 is placed at a fixed position in the storage unit 5 and the tap water 23 is supplied will be described.
[0041]
  In this case, when the liquid level in the container 7 rises as shown in FIG. 3, the tap water 23 functions as a short-circuit electrode, and the electrostatic formed between the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27 described above. The capacitance Cs and the capacitance Cs formed between the oscillation electrode 25 and the common electrode 29 are as shown in the equivalent circuit of FIG.
[0042]
  That is, a capacitance Cg is formed between the oscillation electrode 25 and the container 7, a capacitance Ca is formed between the container detection electrode 27 and the container 7, and a capacitance Cs is formed between the common electrode 29 and the container 7. Is done.
[0043]
  Moreover, as can be seen from the equivalent circuit of FIG. 4, the AC voltage Vg of the AC signal source 33 is divided by the capacitances Cg, Ca, Cs, and the voltage across the capacitance Cs becomes Vq. As the capacitance rises, the capacitance Cg rises and the voltage Vq rises accordingly.
[0044]
  The tap water 23 is generally a conductive liquid, but depending on the degree of purified water, it is equivalent to pure water and is close to an insulating liquid. However, even in this case, since the liquid has a high dielectric constant, the impedance in the liquid is sufficient. Since it is low and has a distribution equivalent to a liquid short circuit that is substantially equivalent to a conductive liquid, it is considered that the equivalent circuit of FIG. 4 is also used when the tap water 23 is stored as high-purity water.
[0045]
  And capacitance CaThe current flowing through theCa2 equivalentThe liquid level rises to the vicinity of the oscillation electrode 25Along with itExceeds the current equivalent to Car (Ca2)Rise, Rising until the liquid level reaches the vicinity of the common electrode 29To do. That is, as the tap water 23 rises, its potential rises and the current flowing through the capacitance Ca rises.
  Further, as the liquid level rises, the capacitance Cs rises, so that the voltage Vq across the capacitance Cs starts to decrease, and then drops beyond the current corresponding to the fixed position determination reference capacitance Carr. When the electrode 29 is long in the direction of increasing the liquid level, the capacitance Cs increases more and more.The voltage across thisVq may be reduced and may be lower than the current corresponding to the capacitance Ca1.That is, an alternating current flows to the common electrode 29 via the capacitance Cs that increases with the rise of the tap water 23, and the current flowing to the capacitance Ca decreases. The decreasing rate is (Vq / Vg).
  FIG. 5 shows the change in the current flowing through the capacitance Ca as the corresponding change in the capacitance.
[0046]
  On the other hand, the capacitance Ca when the container 7 is full when the container 7 is placed at a fixed position is Ca3.If the AC voltage of the AC signal source 33 is Vg and the voltage across the capacitance Cs connected to the common potential is Vq,AC voltage Vg of AC signal source 33 based on a liquid short circuit caused by tap water 23Is the capacitance Cg, Cs, CaIs divided intoCompared to when the capacitance Cs is small, the potential of the tap water 23 is lowered from Vg to Vq,The detection current obtained by the capacitance Ca3 isas followsBelow the current corresponding to the fixed position judgment reference capacitance CarIt can also be a thing.
  Car> (Vq / Vg) × Ca3
[0047]
  Therefore, in the first measurement unit 37a,When the tap water 23 in the container 7 reaches the common electrode 29Full capacity judgment standard capacitance Caq or the magnitude of the current corresponding theretoIn advanceWhen the measurement current magnitude from the container detection electrode 27 is measured and the point where the change in the measurement current falls below the full liquid judgment reference capacitance Caq can be detected, the container detection electrode 27 The full liquid state of the tap water 23 can be detected by the magnitude of the measured current.
[0048]
  In this case, however, the capacitance Caq does not necessarily need to be equal to or less than the capacitance Ca1.
[0049]
  In this case,When the relationship of Car> (Vq / Vg) × Ca3 is satisfied,Since there is also a determination of no container, the “no container determination” is used as “prohibition of liquid supply start” instead of “liquid supply stop”. Note that “start of liquid supply” may be either automatic or manual, but prohibits both.
[0050]
  Furthermore, when the electrostatic capacity at the time of full liquid when the container 7 is shifted from the fixed position is Ca4,Capacitance Ca4 is smaller than Ca3,Since the capacitances Ca, Cg, and Cs decrease at substantially the same ratio at the distance at which the relationship shown in FIGS. 3 and 4 is established, the capacitance Ca4 is as follows from the full liquid determination reference capacitance Caq. Below.
  Caq> (Vq / Vg) × Ca3> (Vq / Vg) × Ca4
[0051]
  Therefore, when the container 7 is placed at a fixed position and when the container 7 is shifted, it is possible to detect the full liquid state when grasping as the liquid level detection of the tap water 23.
[0052]
  Moreover, if the full liquid judgment reference capacitance Caq is equal to or less than the capacitance Ca1 (Caq ≦ Ca1),The operation of the first measurement unit 37a functions as the position detection operation of the container 7LetIf the container 7 is shifted from a fixed position, whether it is full or empty,Capacitance Ca4 and Ca2 become smallerBecause it becomes the detection "No container",It is only necessary to prohibit the start of liquid supply.
[0053]
  Furthermore, if the container 7 full of liquid is greatly shifted,Capacitances Ca4 and Cs are further reduced,1 and 2A close relationshipThe determination that there is a container is not made, and only when an empty container 7 is placed at a fixed position, liquid supply starts.Is possible.
[0054]
  As described above, in the first configuration according to the capacitance type detection device of the present invention, the partition electrode 3 is provided with the oscillation electrode 25 interposed therebetween, the container detection electrode 27 is provided on the lower side, and the common electrode 29 is provided on the upper side. The oscillation electrode 25 is connected to the AC signal source 33, the container detection electrode 27 is connected to the first measurement unit 37 a, and the common electrode 29 is connected to the AC signal source 33 and the first signal source 33. A common potential of the measurement unit 37a is formed, and the first detection unit 37a has a container detection reference capacitance formed between the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27 when the container 7 is placed at a fixed position. Car is set in advance, and the first measurement unit 37a measures the capacitances Ca1 and Ca2 based on the magnitude of the alternating current output from the container detection electrode 27, and the measurement capacitances Ca1 and Ca2 Is the container detection reference capacitance The container 7 when falls below ar is formed to detect not in place.
[0055]
  Therefore, it is possible to determine whether the container 7 has been stored in a fixed position or stored in a position away from the fixed position.
[0056]
  Moreover,In the first measurement unit 37a, a full liquid determination reference capacitance Caq when the tap water 23 reaches the common electrode 29 is set in advance, and the capacitance based on the AC signal output from the container detection electrode 27 is set. Ca3 is measured, and when the measured electrostatic capacity is less than the full liquid judgment standard electrostatic capacity Caq, it is detected that the tap water 23 is full.When the container 7 is housed in a fixed position, the change in the capacitance Ca3 based on the magnitude of the alternating current output from the container detection electrode 27 and the value thereof are measured, whereby the liquid level rises due to water supply and the liquid is full. In addition, it is possible to detect the above, and since it can be formed by three electrodes, the configuration is simple.
[0057]
  And in the first configuration,FullSince the determination is based on the relationship between the capacitance Ca4, the potential Vg of the AC signal source 33 and the liquid short-circuit potential Vs of the tap water 23, that is, (Vq / Vg) × Ca4.When the full container 7 is displaced from the fixed position, the capacitances Ca4 and Cs formed by the container detection electrode 27 and the common electrode 29 become smaller.“No container” can be determined.
[0058]
  In the first configuration, the oscillation electrode 25, the container detection electrode 27, and the common electrode 29 are not limited to the configuration in which the curved partition wall 3 is formed in a curved surface state, but the oscillation electrode 25, the container detection electrode 27 as illustrated in FIG. 7. Further, a configuration in which the portion where the common electrode 29 is formed is thickened and formed in a planar state is also possible. The same applies to the following configurations.
[0059]
  By the way, in the first configuration of the present invention, it is possible to detect whether or not the container 7 is stored in a fixed position, and the full state of the container 7 stored in the fixed position. In the state of being stored in a position other than the position, “start of liquid supply” was prohibited in the first place, and the liquid did not enter the container 7.
[0060]
  Moreover, even when the positional deviation after the start of liquid supply occurs, if the deviation is within the range where FIG. 3 and FIG.The water level is lower than the tap water 23 is in the original full position.Full liquid judgment can be obtained,The determination of the presence of a containerCa> Car relationship,Full liquid judgmentAs in the relationship of Ca <Caq, it is necessary to determine the reverse direction for the same output, and there are restrictions on the circuit configuration.
[0061]
  Next, a second configuration including a determination target Cb different from the capacitance Ca and capable of determining a full liquid state will be described.
[0062]
  FIG. 8 is a diagram showing a second configuration according to the capacitance type detection device of the present invention.
  In FIG. 8, a liquid level detection electrode 41 as a third electrode is formed in the partition wall 3 in a vertical line with the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27 at a distance above the common electrode 29.
[0063]
  The liquid level detection electrode 41 is connected to the second measurement unit 37 b via the core of the seed cable 43, and the shield part of the seed cable 43 is connected to the common electrode 29 and the shield parts of the other seed cables 31 and 35. Has been.
[0064]
  The second measuring unit 37b,The capacitance value formed between the liquid level detection electrode 41 and the container 7, that is, between the liquid level detection electrode 41 and the oscillation electrode 25, from the magnitude of the alternating current input from the liquid level detection electrode 41 via the shield cable 43. While measuring Cb, the change is detected, and it has the function to measure the liquid level of the tap water 23, especially a full liquid state. The detailed function will be described in the process of explaining the operation below.
[0065]
  Other configurations, that is, the configuration of the partition wall 3, the container 7, the oscillation electrode 25, the container detection electrode 27, and the common electrode 29, and the configuration and operation of the seed cables 31, 35 and the AC signal source 33 connected to these electrodes are shown in FIG. The description is omitted.
[0066]
  The operation of the second configuration shown in FIG. 8 will be described below.
  In the second configuration, a capacitance formed between the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27.CaIn addition to the capacitance Cs formed between the oscillation electrode 25 and the common electrode 29, a capacitance Cb is formed between the oscillation electrode 25 and the liquid level detection electrode 41, and the empty container 7 is placed. The operation of is the same as in the first configuration, and the capacitance Cb between the oscillation electrode 25 and the liquid level detection electrode 41 also depends on the position where the container 7 is placed.valueIt doesn't make much sense.
[0067]
  On the other hand, when the tap water 23 is supplied into the container 7, the tap water 23 functions as an electrode, and the configuration thereof is as shown in FIGS.
[0068]
  Here, when the empty container 7 is placed at a fixed position, the capacitance Cb between the oscillation electrode 25 and the liquid level detection electrode 41 is Cb1, and the liquid level rising to the vicinity of the liquid level detection electrode 41 is full. In this case, when the full capacitance Cb is Cb2,Cb2 is larger than capacitance Cb1,As described above, the capacitance Cs is increased based on the liquid short circuit caused by the tap water 23, and the AC voltage of the AC signal source 33 is increased.Vg isThe electrostatic capacitance Cb2 obtained by dividing the voltage to Vq and obtained by the liquid level detection electrode 41 has a relationship of the product of the ratio of the potentials Vq and Vg (Vq / Vg) × Cb2.Capacitance Cb2 is also reduced.
[0069]
  Also,Capacitances Cb1 and Cb2 areSince Cb1 << Cb2 is satisfied,Even if the capacitance Cb2 decreases due to the full liquid state,
    Cb1 <(Vq / Vg) × Cb2
RelationshipstillTo establish.
[0070]
  Since the voltage Vg is divided by the capacitances Cg, Cs, Ca, and Cb, the relationship between the potentials Vq and Vg is Vg> Vq.
[0071]
  That is,Since the distance between the oscillation electrode 25 and the fixed position detection electrode 41 is large, based on the electromagnetic principle that “the electric fields do not intersect”, the oscillation electrode 25 and the common electrode 29 are in an empty state when the container 7 is empty. The electric field distribution is deeper, the electric field distribution between the oscillation electrode 25 and the fixed position detection electrode 41 is extremely thin, and the capacitance Cb1 shows a very small value.
[0072]
  However, as the liquid level of the tap water 23 rises (liquid short circuit), the distance between the oscillation electrode 25 and the home position detection electrode 41 becomes extremely small because the target electrode is changed from the oscillation electrode 25 to the tap water 23. The relationship Cb1 << Cb2 is established between the capacitances Cb1 and Cb2.
[0073]
  Therefore, even if the AC voltage Vg of the AC signal source 33 is lowered to the voltage Vq due to the partial pressure based on the liquid short circuit caused by the tap water 23, the fixed position detection electrode 41 so that (Vq / Vg) <(Cb2 / Cb1). , The current measured by the fixed position detection electrode 41 becomes larger when the liquid is full than when the container 7 is empty.
[0074]
  Then, the second measuring unit 37b sets in advance a full liquid determination reference capacitance Cbr and a current value corresponding to the full liquid determination reference capacitance Cbr such that Cb1 <Cbr <(Vq / Vg) Cb2, and the fixed position detection electrode 41 has a function of detecting and comparing the magnitude of the current output from 41 and outputting a detection signal for detecting that the liquid is full when a capacitance satisfying the condition Cbr <(Vq / Vg) Cb2 is detected. ing.
[0075]
  When the detection point in the full liquid state is (Vq / Vg) × Cb2 and the container 7 is shifted from the fixed position, the capacitance Cb becomes the capacitance Cb3.
  Cbr> (Vq / Vg) × Cb3
The full liquid state cannot be detected, but as already described in the first configuration described above, the full capacity capacitance Ca3 related to the fixed position of the container 7 and the full liquid state static electricity related to the positional deviation. For the capacitance Ca4, the product of the AC voltage potential Vq and the ratio of Vg is lower than the container detection reference capacitance Car.If you set, “No container” is determined, so there is no problem.
[0076]
  Thus, in the second configuration, in addition to the partition wall 3, the oscillation electrode 25, the container detection electrode 27, the common electrode 29, and the AC signal source 33 in the first configuration, the liquid level is spaced above the common electrode 29. The detection electrode 41 is formed in a vertical line with the oscillation electrode 25 and the container detection electrode 27, and the second measurement unit 37b is connected to the liquid level detection electrode 41, and the container 7 is fixed to the second measurement unit 37b. A liquid level detection reference capacitance Cbr formed between the oscillation electrode 25 and the liquid level detection electrode 41 when set at a position is set in advance, and output from the liquid level detection electrode 41 by the second measurement unit 37b. The capacitances Cb1 and Cb2 are measured from the magnitude of the alternating current, and when the measured capacitances Cb1 and Cb2 are lower than the liquid level detection reference capacitance Cbr, the tap water 23 in the container 7 becomes full. Detect if not reached Since it is possible to determine whether or not “liquid supply can be started” can be separated from the capacitance Ca and the full liquid determination can be separated from the capacitance Cb, it is possible to determine the full liquid state with an electrode arrangement different from the first configuration. It becomes.
[0077]
  In addition, the full liquid position can be changed by appropriately changing the formation position of the liquid level detection electrode 41 in the vertical direction.
[0078]
  In each of the above-described embodiments, the container detection reference capacitance and the liquid level detection reference capacitance are set in advance in the first and second measurement units 37a and 37b, and the second or third electrode. The capacitance based on the AC signal level output from the container detection electrode 27 and the liquid level detection electrode 41 is measured, and the capacitances are compared. In the capacitance type detection device of the present invention, The magnitude of the current corresponding to the container detection reference capacitance and the liquid level detection reference capacitance is set in advance, and the AC signal levels output from the container detection electrode 27 and the liquid level detection electrode 41 are measured to determine them. The container detection reference capacitance, the liquid level detection reference capacitance, and the measurement capacitance in the first and second measurement units 37a and 37b include corresponding AC signal states.
[0079]
  Note that the first and second measurement units 37a and 37b can be formed by switching the same circuit configuration and functional configuration, or can be independent.
[0080]
  By the way, the capacitance type detection device according to the present invention is not limited to the water purifier, and can be widely applied to the presence / absence of an insulating container for storing a liquid widely and the liquid level detection of the liquid stored in the container. In addition to the storage configuration, the present invention can be applied to detection of the presence or absence of the container 7 and the liquid level of the liquid stored in the container 7 simply by placing the container 7.
[0081]
  In addition, the liquid level detected in the capacitance type detection device according to the present invention is not limited to the full liquid state, and it is possible to detect a state where the liquid level has reached an arbitrary fixed position.
[0082]
  If the first and second measurement units and AC signal source mentioned above can be close to the electrode, or if the influence from the outer periphery can be ignored, a shielded cable is not used and connection using a normal lead wire is also possible It is.
[0083]
【The invention's effect】
  As described above, according to the first configuration of the capacitance type detection device of the present invention, the second electrode and the common electrode are spaced apart from each other on the insulating support portion with the first electrode interposed therebetween. An AC signal source that outputs an AC signal is connected to the first electrode, a first measurement unit is connected to the second electrode, and the first measurement unit is formed as follows. did.
  That is, as the first measurement unit,When the container is placed at a predetermined fixed position close to the support portion, a container detection reference capacitance formed between the first and second electrodes is preset, and an alternating current output from the second electrode Measures the capacitance based on the signal level, and when the measured capacitance falls below the vessel detection reference capacitance, it is configured to detect that the vessel is not in place.In addition, the full liquid determination reference capacitance when the liquid to be measured placed in the container reaches the common electrode is preset, and the capacitance based on the AC signal output from the container detection electrode is measured. The liquid to be measured is detected to be full when the measured electrostatic capacity falls below the full liquid judgment reference electrostatic capacity.
  Therefore, when the container is placed at a fixed position, in addition to the determination of whether or not the container is placed at a fixed position by only three electrodes, or at a position away from the fixed position, It becomes possible to detect the predetermined liquid level of the liquid to be measured.
  The second configuration of the present invention is the first configuration.In the main part ofIn addition, the support part is provided with a third electrode that outputs an AC signal propagated from the first electrode on the upper side of the common electrode, while the container is placed at a predetermined fixed position close to the support part. When the liquid level detection reference capacitance formed between the first and third electrodes is preset, the capacitance based on the AC signal level output from the third electrode is measured. Since the second measuring unit is provided to detect that the liquid to be measured in the container does not reach the constant liquid level when the electric capacity is lower than the liquid level detection reference capacitance, the container has a configuration different from the first configuration. Position detection and constant liquid level detection of the liquid to be measured are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a first configuration according to a capacitance-type detection device of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram according to the first configuration.
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation according to a first configuration.
FIG. 4 is another equivalent circuit diagram according to the first configuration.
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation according to a first configuration.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation according to a first configuration.
FIG. 7 is a schematic view showing an application example according to the capacitance type detection device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a second configuration according to the capacitance-type detection device of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation according to a second configuration.
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram according to a second configuration.
FIG. 11 is a schematic plan view showing a water purifier equipped with the present invention and a conventional capacitance type detection device.
FIG. 12 is a diagram showing a conventional electrostatic capacitance type detection device.
FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of a conventional capacitance-type detection device.
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of a conventional capacitance type detection device.
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of a conventional capacitance-type detection device.
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of a conventional capacitance type detection device.
FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of a conventional capacitance-type detection device.
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of a conventional capacitance type detection device.
FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of a conventional capacitance-type detection device.
[Explanation of symbols]
1 Body case
3 Bulkhead (supporting part)
5, 9 Storage section
7 containers
11 Safety device
13a Oscillation electrode (electrode)
13b Reception electrode (electrode)
15, 33 AC signal source
17, 19, 31, 35 Shielded cable
21 Measuring unit
37a First measurement unit (measurement unit)
37b Second measurement unit (measurement unit)
23 Tap water (measuring liquid)
25 Oscillation electrode (first electrode)
27 Container detection electrode (second electrode)
29 Common electrode
39 Bottom
41 Liquid level detection electrode (third electrode)
A Capacitance type detector

Claims

An AC signal source that outputs an AC signal for detection;
An insulation support;
A first electrode formed on the support and applied with the AC signal;
A second electrode that is formed on the support portion below the first electrode and outputs an AC signal propagated from the first electrode;
A common electrode formed on the support and connected to a common potential on the upper side of the first electrode;
A container detection reference capacitance formed between the first and second electrodes is set in advance when the container is placed at a predetermined fixed position close to the support portion, and an alternating current output from the second electrode. A first measurement unit that measures a capacitance based on a signal level and detects that the container is not in a fixed position when the measured capacitance is lower than the container detection reference capacitance;
Comprising
The first measuring unit is preset with a full liquid determination reference capacitance when the liquid to be measured put in the container reaches the common electrode, and is static based on an AC signal output from the container detection electrode. Capacitance type detection characterized by being configured to measure the capacitance and to detect that the liquid to be measured is full when the measured capacitance falls below the full liquid judgment reference capacitance apparatus.

An AC signal source that outputs an AC signal for detection;
An insulation support;
A first electrode formed on the support and applied with the AC signal;
A second electrode that is formed on the support portion below the first electrode and outputs an AC signal propagated from the first electrode;
A common electrode formed on the support and connected to a common potential on the upper side of the first electrode;
A container detection reference capacitance formed between the first and second electrodes is set in advance when the container is placed at a predetermined fixed position close to the support portion, and an alternating current output from the second electrode. A first measurement unit that measures a capacitance based on a signal level and detects that the container is not in a fixed position when the measured capacitance is lower than the container detection reference capacitance;
Comprising
A third electrode that is formed on the support portion on the upper side of the common electrode and that outputs an AC signal propagated from the first electrode;
A liquid level detection reference capacitance formed between the first and third electrodes is set in advance when the container is placed at a predetermined fixed position close to the support portion, and is output from the third electrode. A second capacitance is measured by measuring a capacitance based on an AC signal level, and detecting that the measured liquid in the container has not reached a constant liquid level when the measured capacitance is lower than the liquid level detection reference capacitance. And a capacitance type detection device.