JP4199149B2

JP4199149B2 - 液面レベル測定システム

Info

Publication number: JP4199149B2
Application number: JP2004089646A
Authority: JP
Inventors: 健一田中; 聡明福原
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: DE102005014169A1; US7490515B2; US20050217366A1; JP2005274434A

Description

本発明は、タンク内に貯留された燃料等の残量を計測するための液面レベル測定システムに関する。

ガソリンを燃料として走行する車両は、この燃料を貯溜するタンクを搭載している。また、このタンク内の燃料残量を常時チェックするためのフューエルゲージ（以下、液面レベルゲージという）が、ダッシュボードに設置されている。この液面レベルゲージは、構造が簡単で安価に得られる抵抗式液面レベルセンサ（以下、抵抗式センサという）の出力により駆動される（例えば、特許文献１参照）。

図６は、このような抵抗式センサおよび液面レベルゲージを含む従来の液面レベル測定システムを示すブロック図である。この液面レベル測定システムは、抵抗式センサ１１に測定器本体１２をコード等で接続したものからなる。測定器本体１２は入力回路１３と、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）１４と、液面レベルゲージ１５とを備える。

抵抗式センサ１１および入力回路１３の詳細は図７に示す通りである。抵抗式センサ１１は、例えばタンク内の液面に浮遊するフロートアームに連動する可動接点と、この可動接点が移動接触し、その接触位置に応じた抵抗値、つまり電圧変化を出力する抵抗体とからなる。図７では、この抵抗式センサ１１は可変抵抗の形で示されている。

入力回路１３は、抵抗式センサ１１の抵抗値の変化を出力電圧の変化に変換するように機能し、電源側のプルアップ抵抗１６、電圧平滑用のコンデンサ１７および抵抗１８、１９を組み合わせたものからなる。

ＣＰＵ１４は入力回路１３のアナログ出力電圧を、液面レベルゲージ１５における指針の振れ角対応のデジタルパルスに変換処理するものである。このＣＰＵ１４による指針振れ角対応のデジタルパルスへの変換処理は、メモリ等に予め用意されたデータテーブルを参照することにより実行される。

データテーブルは、例えば図８に示すような構成を持ち、可変抵抗１６の抵抗値、ＣＰＵ１４の入力電圧値に応じた容量（残量）および指針の振れ角が、センダＦ、メータＦ、メータ３／４ごとにテーブル設定されている。

従って、この液面レベル測定システムでは、図９（ａ）に示すように、抵抗式センサ１１の可変抵抗の変化に応じて、入力回路１３がその変化に比例する図９（ｂ）に示すようなアナログ電圧を出力する。また、ＣＰＵ１４はこのアナログ電圧を図９（ｃ）に示すようなデジタルパルスに変換し、液面レベルゲージ１５の指針を駆動する。このため、液面レベルゲージ１５は液面レベルを表示する。

ところで、このような抵抗式レベルセンサを用いた液面レベル測定システムでは、可動接点と抵抗体との接触障害、アース（ＧＮＤ）浮き、コネクタ接触不良等により正しい測定結果が得られない場合がある。

このため、従来から、可動接点と抵抗体との接触機構を持たない非接触式デジタルパルス出力型の液面レベル測定システムが提案されている。
図１０は従来の非接触式デジタルパルス出力型の液面レベル測定システムを示すブロック図である。この液面レベル測定システムは、非接触式センサ２０に測定器本体２１をコード等で接続したものからなる。測定器本体２１は、入力回路２２と、ＣＰＵ２３と、液面レベルゲージ２４とを備えている。

非接触式センサ２０および入力回路２２の詳細は、図１１に示す通りである。これらのうち、非接触式センサ２０は、図示しないが、ホールＩＣとこのホールＩＣに対向して回動（移動）するマグネットとからなる。マグネットは、先端にフロート２５を有するＬ字形アーム２６に取り付けられている。

従って、この非接触式センサ２０では、タンク内の液面レベルに応じて上下するフロート２５の動きがＬ字形アーム２６を介してマグネットに伝えられる。ホールＩＣは、マグネットの動き（回動量）に応じたデューティ比のデジタルパルスを出力するように機能する。
この非接触式センサ２０は、液面レベルの変化を磁気的な変化として検出し、この検出信号をデジタル（ＰＷＭ）処理して出力する。

入力回路２２は、非接触式センサ２０を構成するホールＩＣの電流出力からデジタルパルスの電圧を取り出す負荷抵抗２７と、電源から基準電圧を生成する分圧抵抗２８、２９と、ホールＩＣの出力電圧と基準電圧とを比較する電圧レベル変換部３０と、からなる。ＣＰＵ２３の入力側にプルアップ抵抗３１が接続されている。

ＣＰＵ２３は、入力回路２２のデジタルパルス出力を、液面レベルゲージ２４における指針の振れ角対応のデジタルパルスに変換するように機能する。このＣＰＵ２３によるデジタルパルスの変換処理は、メモリ等に予め用意されたデータテーブルに従って実行される。

このデータテーブルは、例えば、図１３に示すような構成を持ち、ＣＰＵに入力されるデジタルパルスのデューティ比に応じた容量および振れ角がテーブル設定されている。

従って、この液面レベル測定システムでは、図１２（ａ）に示すように、ホール素子２５の出力にもとづいてホールＩＣが出力するデジタルパルス電流は、負荷抵抗２７により図１２（ｂ）に示すように電圧変換されるとともに、所定のスレッショルド電圧レベル付近（２．４Ｖ）に揃えられる。

続いて、この揃えられたデジタルパルス電圧は電圧レベル変換器３０に入力され、前記基準電圧と比較される（図１２（ｃ））。そして、この基準電圧を超えるデジタルパルス電圧のみがＣＰＵ２３動作のために所定レベルの電圧に、図１２（ｄ）に示すように増幅されて、ＣＰＵ２３に渡される。

ＣＰＵ２３は、このデジタルパルス電圧を受けて、液面レベルゲージ２４の指針を駆動する。このため、液面レベルゲージ２４は液面レベルを表示する。
特開２００１‐１７１３６６号公報

しかしながら、前記のようにデジタルパルスで液面レベルゲージ１５を作動させるには、従来の抵抗式センサ１１を持つ液面レベル測定システムに対して、（イ）図７に示す測定器本体１２の入力回路１３を、図１１に示す測定器本体２１の複雑な入力回路２２に変更し、（ロ）ＣＰＵ１４のソフトウェア（図８のデータテーブル）を、ＣＰＵ２３のソフトウェア（図１３のデータテーブル）に変更する必要がある。

また、このようなハードウェアおよびソフトウェアの変更は大掛かりとなり、既存車両への載せ替え、新規開発車両への搭載に対し、大きな弊害となっている。この結果、液面レベル測定システムの品質改善（非接触化）が遅れる要因になるという問題があった。

本発明は、非接触式センサを用意し、既存のアナログ電圧を入力とする既存の測定器本体の一部構成をそのまま利用しながら、液面レベルの測定精度の向上を図り、また既存車両への搭載を容易化する液面レベル測定システムを得ようとするものである。

１）本発明に係る液面レベル測定システムは、液面レベルを測定するセンサと、液面レベルを表示する測定器本体とを有し、前記測定器本体が、液面レベルを表示する液面レベルゲージと、アナログ電圧で入力される液面レベルの測定値データに基づいて前記液面レベルゲージの動作を制御する中央演算処理装置とを備えた液面レベル測定システムであって、液面レベルの変化に応じたマグネットの動きを磁気的な変化として非接触で検出し、磁気的な変化とデューティ比との対応関係が記述された内蔵メモリから、検出された磁気的な変化に対応するデューティ比を求めて、当該デューティ比のデジタルパルスを出力する非接触式センサと、非接触式センサが出力するデジタルパルスを、このデジタルパルスのデューティ比に対応するアナログ電圧に変換して前記中央演算処理装置へ入力するセンサ出力変換回路と、を備えることを特徴とする。

前記構成により、非接触式センサで測定した液面レベルのデジタルパルスをアナログ変換処理するのみで、既存の測定器本体の中央演算処理装置を利用した液面レベルの高精度測定を可能にする。従って、抵抗式センサを用いた場合のような接点の接触障害等の発生を防止でき、また、新規開発車両への搭載、既存車両への載せ替えを可能にする。

２）本発明に係る液面レベル測定システムは、前記１）記載の液面レベル測定システムであって、前記センサ出力変換回路が、前記デジタルパルスのデューティ比に比例した前記アナログ電圧を出力するローパスフィルタおよびアンプを備えることを特徴とする。

前記構成により、ローパスフィルタおよびアンプの設置のみで、非接触式センサのデジタルパルス出力にもとづき、既存の測定器本体を利用した液面レベルの測定を、簡単かつ経済的に実施できる。

３）本発明に係る液面レベル測定システムは、前記１）記載の液面レベル測定システムであって、前記内蔵メモリに記述された磁気的な変化とデューティ比との対応関係が、書き換え可能であることを特徴とする。

前記構成により、既存の測定器本体や測定器本体内の回路特性に合ったデューティ比のデジタルパルスを、非接触式センサから容易に出力させることができる。

本発明は、デューティ比‐電圧変換のためのセンサ出力変換回路を既存の測定器本体に接続することで、非接触式センサを用いた精度の高い液面レベルの測定を、簡単かつ経済的に実現でき、既存車両への非接触式センサの載せ替えも容易に行える。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液面レベル測定システムを示すブロック図である。この液面レベル測定システムは、非接触式センサ４１と、センサ出力変換回路４２と、図６に示した既存の測定器本体１２とから構成される。なお、既存の測定器本体１２はその一部が利用され、具体的には、鎖線で示す入力回路１３を除いて、ＣＰＵ１４と液面レベルゲージ１５が利用される。

非接触式センサ４１は、図１１について説明したものと同じく、ホールＩＣを内蔵している。このホールＩＣは、液面レベルの変化を磁気的な変化として非接触で検出し、この検出信号をその変化に応じたデューティ比を持つデジタルパルス（ＰＷＭ）に変換して出力するように機能する。

センサ出力変換回路４２は、デジタルパルスをアナログ信号に変換するものであり、図２に示すように、ローパスフィルタ４３およびアンプ４４を接続したものからなる。このセンサ変換回路４２は、デジタルパルスのデューティ比に比例したアナログ電圧を出力し、この入出力特性は、図３に示す通りである。

ここで、アナログ電圧は、既設の測定器本体１２内のＣＰＵ１４に対する入力値と同様の入力電圧であり、従って、ＣＰＵ１４はデジタルパルスのデューティ比に応じたデジタル信号を液面レベルゲージ１５へ出力する。図４は、図３の入出力特性から得られるデューティ比と出力電圧との対応を示す説明図である。

このような構成の液面レベル測定システムでは、フロート２５が液面レベルに応じて上下することで、非接触式センサ４１内のホールＩＣが所定のデューティ比のデジタルパルスを発生する。このデジタルパルスはセンサ出力変換回路４２に入力される。このセンサ出力変換回路４２では、ローパスフィルタ４３でデジタルパルスの平滑化を行い、アンプ４４で波形成形および増幅を行って、ＣＰＵ１４へ出力する。

ＣＰＵ１４では、センサ信号変換回路４２から平滑化されたアナログ出力を受けて、液面レベルゲージ１５が必要とするデジタル信号を生成し、このデジタル信号により液面レベルゲージ１５を駆動（作動）する。従って、液面レベルゲージ１５は、フロート２５の上下移動に応じて、つまり液面レベルに応じて出力されるデジタルパルスにもとづき、液面レベルを正確に、かつ自動的にデジタル表示する。

この実施形態では、既存の測定器本体１２内の入力回路１３は廃止され、この入力回路１３の廃止分のコストをセンサ出力変換回路４２のコストで相殺できるため、液面レベルの測定精度向上に伴うコスト負担は殆ど生じない。

前記液面レベル測定システムは、既存の測定器本体１２の一部を利用して、非接触式センサ４１のデジタルパルス出力にもとづき液面レベルゲージ１５を作動させるものである。従って、既存車両に非接触式センサ４１を取り付けて、入力回路１３を持つ既存の測定器本体１２の液面レベルゲージ１５を作動させることができる。

この場合には、実験によって求められた図５（ａ）に示すような既存の測定器本体１２における容量変化に対するＣＰＵ１４の入力電圧特性と、図５（ｂ）に示すような容量変化に対する非接触式センサ４１のデューティ比特性から、図３に示したものと同様のＣＰＵ１４の入力電圧とデューティ比との関係を求める。

こうして求めたデューティ比を出力するように前記ホールＩＣに内蔵のメモリに書き込む。

このメモリは、デューティ比とマグネットの回動による磁気的変化との対応データが書き替え可能である。従って、既存の測定器本体１２の特性に対応するデューティ比を非接触式センサ４１から出力できる。この結果、既存の抵抗式センサ１１と同等の機能を、非接触式センサ４１を用いることで、回路変更等なく測定精度を高めることができる。

このように既存車両の既存の測定器本体１２に新たに非接触式センサ４１を搭載した場合には、測定器本体１２内の入力回路１３は、ＣＰＵ１４から切り離される。

なお、前記においては、自動車の燃料タンクにおける燃料レベルを測定する場合を中心に説明したが、水や油などの各種液体の液面レベルを測定する場合にも、前記構成を採用でき、前記同様の作用、効果を得ることができる。

以上述べたように、本発明は、非接触式センサおよびセンサ出力変換回路の追加、あるいは追加される非接触式センサ内蔵のメモリへのＣＰＵ入力電圧に対応したデジタルパルスのデューティ比の書き込みによって、既存システムの小規模変更で測定精度の高い液面レベル測定システムを安価に実現できる。

本発明の実施の形態による液面レベル測定システムを示すブロック図である。図１におけるセンサ出力変換回路の詳細を示す回路図である。図１におけるセンサ出力変換回路の入出力変換特性図である。図３の入出力変換特性から得られたセンサ出力変換回路のデューティ比と出力電圧との関係を示す説明図である。既存ＣＰＵの入力電圧対応のデューティ比を求める方法を説明する容量変化に対する入力電圧およびデューティ比の特性図である。従来の液面レベル測定システムを示すブロック図である。図６における入力回路の詳細を示す回路図である。図６における測定器本体内のメモリに記憶されたデータ内容を示すデータテーブル図である。図７における回路各部の信号のタイミングチャートである。従来の他の液面レベル測定システムを示すブロック図である。図１０における入力回路の詳細を示す回路図である。図１１における回路各部の信号のタイミングチャートである。図１０における測定器本体内のメモリに記憶されたデータ内容を示すデータテーブル図である。

符号の説明

１２…既存の測定器本体、
１４…既存の中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１５…液面レベルゲージ
４１…非接触式センサ
４２…センサ出力変換回路
４３…ローパスフィルタ
４４…アンプ

Claims

液面レベルを測定するセンサと、液面レベルを表示する測定器本体とを有し、前記測定器本体が、液面レベルを表示する液面レベルゲージと、アナログ電圧で入力される液面レベルの測定値データに基づいて前記液面レベルゲージの動作を制御する中央演算処理装置とを備えた液面レベル測定システムであって、
液面レベルの変化に応じたマグネットの動きを磁気的な変化として非接触で検出し、磁気的な変化とデューティ比との対応関係が記述された内蔵メモリから、検出された磁気的な変化に対応するデューティ比を求めて、当該デューティ比のデジタルパルスを出力する非接触式センサと、
該非接触式センサが出力するデジタルパルスを、このデジタルパルスのデューティ比に対応するアナログ電圧に変換して前記中央演算処理装置へ入力するセンサ出力変換回路と、
を備えることを特徴とする液面レベル測定システム。
前記センサ出力変換回路が、前記デジタルパルスのデューティ比に比例した前記アナログ電圧を出力するローパスフィルタおよびアンプを備えることを特徴とする請求項１に記載の液面レベル測定システム。
前記内蔵メモリに記述された磁気的な変化とデューティ比との対応関係が、書き換え可能であることを特徴とする請求項１に記載の液面レベル測定システム。