JP4628131B2 - 静電容量式センサ - Google Patents
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Description
本明細書において「接触」とは、容器内に満たされた被測定物と検出電極とが接触している状態を指し、「埋没」とは、容器内に満たされた被測定物によって検出電極が埋没している状態を指す。また、本実施形態において「付着」とは、被測定物が容器内に満たされていないにも拘わらず、被測定物が検出電極に付着して残留している状態(或いは検出電極及び接地電極の間に渡って付着して残留している状態)を指す。
被測定物が理想的な絶縁性(R=∞)の場合は、検出電極が被測定物に接触又は埋没しても抵抗値の変化はほとんどなく、被測定物の誘電率による静電容量の増加(ΔC:変化容量)のみ変化する。そして、このΔCが例えば0.5pF以上あればオン領域(検知領域)に入り込み、被測定物のレベル増加の信号を出力する。ところが、被測定物の中には導電性で且つ付着性のある物質もあり、容器内が空状態であっても、このような物質が電極に付着しているだけで静電容量が増加し、オン領域に入り込んでしまうという誤作動が発生する。従って、図9の特性Aに示すような付着キャンセラ機能を有する静電容量式センサでは、電極への被測定物の付着によって抵抗値が減少すると検出感度が低下ように構成される。つまり、付着による静電容量の増加分を加味して、オン領域に入るためのΔCの閾値が大きくなるという付着キャンセラ機能が働く。例えば、検出電極と接地電極とに渡って被測定物が付着して残留することで検出電極と接地電極との間の抵抗値が2kΩとなったとき、信号処理によって行われる特性Aに示すような付着キャンセラ機能によって自動的に検出感度が低下されることで、被測定物の単なる付着による静電容量の変化量が19.5pF未満と設定される。その結果、静電容量の変化量が19.5pF未満であるときにはオフ状態(オフ領域)であり、19.5pF以上になってからオン状態(オン領域)となる。
但し、特性Bのように、それほど大きな感度低下をさせない特性の付着キャンセラ機能に基づいて信号処理すると、被測定物が検出電極に接触又は埋没することで検出電極と接地電極との間の抵抗値が2kΩになり且つ静電容量の変化量が15pFになると、オン状態となる。
このように、従来の静電容量式センサでは、特性の異なる複数種の被測定物のレベル検知を行うために、被測定物の特性に応じて異なる信号処理を行うために厳密な感度調整(つまり、厳密に調整された付着キャンセラ機能)が必要である。或いは、複数の被測定物に対して専用の信号処理装置(アンプなど)を夫々用意しなければならない。
特に、図10に示すように、一般的に静電容量式レベルセンサをタンクや容器に取り付ける際に、センサの取付け端管やノズル等(以下、総称して端管54と記す)による影響を受け易い点が、解消すべき問題の一つとなっている。具体的には、静電容量式のレベルセンサは、被測定物が接触するとオン状態となる感知部(検出電極50と絶縁部52を介して感知される部分)と不感知部(一般に接地電極51)とで構成されるが、図10のように、上述したような小型化という観点からレベルセンサがタンクや容器内空間53へ突出しないように感知部が端管54内に配置された場合、容器内空間53の被測定物の量に関係なく、端管54内の被測定物の残留物55によってオン状態となるという問題がある。すなわち、端管54が電極を囲む位置関係にあるため、ほとんどの場合、電極と端管54内壁との間の距離が非常に狭い状態にある。従って、対向している電極(感知部と端管54)の面積が広くなり、且つ、両者の距離が狭いので、大きな静電容量変化が現れ、誤警報を出す現象(被測定物が無いにも拘わらずオン状態となる現象)が発生していた。そして、従来はこの問題を解決するために、図11に示すように、不感知部は端管54内に配置しながらも、感知部は端管54から突出させて容器内空間53に配置させて、端管54内の被測定物の残留物55の影響を排除していた。しかし、図11に示すような静電容量式のレベルセンサでは、検出電極50と接地電極51との間の表面距離を十分確保しながら、且つ、タンクや容器内空間53への突出部分を短くすることによる小型化を達成できなくなっている。
従って、小型に構成しながらも被測定物の付着による誤検出を抑制した静電容量式センサが提供されることになる。
従って、小型に構成しながらも被測定物の付着による誤検出を抑制した静電容量式センサが提供されることになる。
図1に示すのは静電容量式センサの斜視図であり、図2に示すのは縦断面図である。
図1及び図2に示すように、本発明の静電容量式センサは、検出電極2、接地電極3、及び、検出電極2と接地電極3との間に介装された絶縁部4を組み合わせた棒状体1に形成されている。検出電極2は棒状体1の先端面7に露出して設けられ、接地電極3は棒状体1の側面8に露出して設けられる。絶縁部4は棒状体1の側面8から棒状体1の先端面7に渡って設けられている。
接地電極3及び検出電極2の材料は、例えば、ステンレス(SUS304)などを用いることができる。絶縁部4の材料は、例えば、ジュラコン(登録商標)、テフロン(登録商標)などの樹脂を用いることができる。
例えば、従来の静電容量式センサの検出電極2と接地電極3との間に付着が発生したときの抵抗値が2kΩであり、本発明の静電容量式センサの両電極間の表面距離がそれに比べて1/3であれば抵抗値は6kΩになる。その結果、従来はオン状態であると判定するために19.5pFの静電容量の変化量が必要であったが、本発明の静電容量式センサでは10.5pFの静電容量の変化量があればオン状態であると判定することができる。つまり、被測定物が検出電極2に接触又は埋没したときの静電容量の増加量が小さい物質であっても、確実にオン状態になる。
具体的には、検出電極2と接地電極3との間の全静電容量:Cは、棒状体1の表面に露出している検出電極2と接地電極3との間の表面部分(又は表面部分に付着する被測定物)の露出側静電容量:C1と、棒状体1の表面に露出していない内部で、誘電体としての絶縁部4の突出部分4bを挟んでいる検出電極2と接地電極3との間の非露出側静電容量:C2との和になる。但し、露出側静電容量:C1のみが被測定物の付着によって変化することになる。
C=C1+C2
上記実施形態では、棒状体1、検出電極2、接地電極3、絶縁部4等の寸法を示して本発明の説明を行ったが、この寸法は例示目的で示したものであり、他の寸法で静電容量式センサを構成してもよい。また、検出電極2の先端面7の形状を凸型や凹型などの様々な形状に改変してもよい。
2 検出電極
3 接地電極
4 絶縁部
7 先端面
8 側面
Claims (4)
- 検出電極、接地電極、及び、前記検出電極と前記接地電極との間に介装された絶縁部を組み合わせた棒状体に形成される静電容量式センサであって、
前記検出電極は前記棒状体の先端面に露出して設けられ、前記接地電極は前記棒状体の側面で露出する露出部と、前記絶縁部で覆われることにより前記棒状体の側面では露出しない非露出部とを有して設けられ、前記非露出部は前記露出部から前記検出電極の先端面の側に延伸して設けられる静電容量式センサ。 - 前記絶縁部は前記棒状体の側面から前記棒状体の先端面に渡って設けられて前記検出電極の表面を取り囲む請求項1に記載の静電容量式センサ。
- 前記棒状体の側面において前記接地電極の表面と前記絶縁部の表面とが略面一である請求項1又は2に記載の静電容量式センサ。
- 検出電極、接地電極、及び、前記検出電極と前記接地電極との間に介装された絶縁部を組み合わせた棒状体に形成される静電容量式センサであって、
前記接地電極は、筒状体に形成されて前記棒状体の側面で露出し、
前記検出電極は、前記筒状体の内部空間側に位置して前記棒状体の先端面で露出し、
前記絶縁部は、前記棒状体の先端面において前記検出電極の外周部を取り囲み、且つ、前記棒状体の径方向から見て前記検出電極の外周部から少なくとも前記接地電極と重複する位置まで前記棒状体の軸方向に延在する部材で構成される静電容量式センサ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2005038110A JP4628131B2 (ja) | 2005-02-15 | 2005-02-15 | 静電容量式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2005038110A JP4628131B2 (ja) | 2005-02-15 | 2005-02-15 | 静電容量式センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006226725A JP2006226725A (ja) | 2006-08-31 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2005
- 2005-02-15 JP JP2005038110A patent/JP4628131B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|
| JP2006226725A (ja) | 2006-08-31 |
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