JP5045259B2 - Liquid level and thermistor ambient temperature detection device - Google Patents

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Description

本発明は、サーミスタの自己発熱による気体中及び液体中での熱放散定数が異なることを利用して液体の有無を検出するとともにサーミスタの周囲温度を検出する液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置に関する。 The present invention relates to a liquid surface and a thermistor ambient temperature detection device for detecting the presence or absence of a liquid and detecting the ambient temperature of the thermistor by utilizing the fact that the heat dissipation constants in gas and liquid due to self-heating of the thermistor are different. .

この種の検出装置として使用するサーミスタは、気体中と液体中での熱放散定数の差が大きく、かつ使用温度範囲内で、自己発熱によって熱暴走を生じさせない必要がある。この点を解消するために、例えば特許文献1に示される液位計が開示されている。この特許文献1に示された液位計では、液位検出用サーミスタ及び温度補償用サーミスタのそれぞれに直列に抵抗体が接続され、これらの直列回路が電源に接続されるとともに、それぞれの直列回路の中点が第1オペアンプのプラス入力端子及びマイナス入力端子に接続され、液位検出用サーミスタが液中にあるときと空中にあるときに、オペアンプがオフ、オン動作するように構成される。 A thermistor used as this type of detection device has a large difference in heat dissipation constant between gas and liquid and must not cause thermal runaway due to self-heating within the operating temperature range. In order to eliminate this point, for example, a liquid level meter disclosed in Patent Document 1 is disclosed. In the liquid level meter disclosed in Patent Document 1, a resistor is connected in series to each of the liquid level detection thermistor and the temperature compensation thermistor, and these series circuits are connected to a power source, and each series circuit is connected. Is connected to the positive input terminal and the negative input terminal of the first operational amplifier, and the operational amplifier is configured to turn off and on when the liquid level detection thermistor is in the liquid and in the air.

このように構成された液位計では、周囲温度が一定以下のときにその温度を検出し自動的に液位検出用サーミスタの負荷抵抗値を小さくするようにし、更に温度補償用サーミスタの抵抗値を液位検出用サーミスタの抵抗値に比べ極めて大きくする。この結果、基準電圧のオペアンプのオンオフによる変動がなくなる。またトランジスタのようなベース−エミッタ間電圧の温度変動による基準電圧の変動もなくなる。更に動作温度範囲も素子温度を抑えながら低温まで拡大できるとともに、温度補償用素子が自己発熱し難いため、より小型の素子にすることができるようになっている。   In the liquid level meter constructed in this way, when the ambient temperature is below a certain level, the temperature is detected and the load resistance value of the thermistor for detecting the liquid level is automatically reduced, and the resistance value of the temperature compensating thermistor is further reduced. Is made extremely larger than the resistance value of the thermistor for detecting the liquid level. As a result, the fluctuation of the reference voltage due to ON / OFF of the operational amplifier is eliminated. Further, the reference voltage does not fluctuate due to the temperature fluctuation of the base-emitter voltage such as a transistor. Further, the operating temperature range can be expanded to a low temperature while suppressing the element temperature, and the temperature compensating element is difficult to self-heat, so that a smaller element can be achieved.

なお、ここで「熱暴走」について、より詳しく説明する。温度が上昇すると抵抗値が下がるNTC型サーミスタに電圧を印加すると、そのときの周囲温度に応じた抵抗値と熱放散定数で決まる温度上昇が生じる。通常、この温度上昇が無視できる程度(0.01〜0.1℃)で温度を測定している。一方、液面の検出に用いるいわゆるパワーサーミスタでは、このサーミスタの発熱が40〜150℃となるような条件で使用し、液体中と気体中での熱放散定数の違いによる発熱差、即ち到達温度の差によって検出している。ここで、サーミスタに所定の電圧を印加した際、自己発熱により抵抗値が低下して電流値が増加することにより発熱し、抵抗値が更に低下して電流値が更に増加することにより更に発熱することを繰返し、最終的に所定の温度に達する。しかし、サーミスタに印加する電圧が高すぎると、上記のループが収束する前に、サーミスタの温度がその耐熱温度以上に上昇して、サーミスタが破損(損傷)する。この現象を熱暴走という。 Here, “thermal runaway” will be described in more detail. When a voltage is applied to an NTC thermistor whose resistance value decreases as the temperature rises, a temperature rise determined by the resistance value and the heat dissipation constant according to the ambient temperature at that time occurs. Usually, the temperature is measured to such an extent that this temperature rise can be ignored (0.01 to 0.1 ° C.). On the other hand, in the so-called power thermistor used to detect the liquid level, and used in conditions such as heating of the thermistor is 40 to 150 ° C., exothermic difference depending on a heat dissipation constant in the liquid and gaseous, i.e. reaches a temperature The difference is detected. Here, when a predetermined voltage is applied to the thermistor, heat is generated when the resistance value decreases due to self-heating and the current value increases, and further heat generation occurs when the resistance value further decreases and the current value further increases. This is repeated until a predetermined temperature is finally reached. However, if the voltage applied to the thermistor is too high, the temperature of the thermistor rises above its heat resistance before the above loop converges, causing the thermistor to break (damage). This phenomenon is called thermal runaway.

特開平10−176944号公報(請求項1、段落[0018])JP-A-10-176944 (Claim 1, paragraph [0018])

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記従来の特許文献1に示された液位計では、熱放散定数の小さいサーミスタを用いるため、応答時間が180〜400秒と長く、あまり応答性の要求されないガソリンタンク等のエンプティ表示に用いることはできても、応答性が要求される湯沸し器や風呂等の空焚きの検出には不向きであった。サーミスタの応答性を高めるために、サーミスタを更に小型化すると、熱放散定数が大きくなり、熱暴走の観点から液位計として十分発熱させることが困難となり、加えて熱暴走を生じる電流値がセンサ周囲温度に依存し、周囲温度が低いほど、小電流で熱暴走に至ることが知られている。このため広範囲の温度領域で応答性の良い液位計を実現することは困難であった。
The following problems remain in the conventional technology.
In the liquid level meter shown in the above-mentioned conventional patent document 1, since a thermistor having a small heat dissipation constant is used, the response time is as long as 180 to 400 seconds, and it is used for an empty display of a gasoline tank or the like that does not require much responsiveness. Although it was possible, it was unsuitable for detection of hot water such as water heaters and baths where responsiveness was required. If the thermistor is further downsized to increase the response of the thermistor, the heat dissipation constant increases, making it difficult to generate sufficient heat as a liquid level gauge from the viewpoint of thermal runaway. It is known that depending on the ambient temperature, the lower the ambient temperature, the more thermal runaway occurs with a small current. For this reason, it has been difficult to realize a liquid level gauge with good response in a wide temperature range.

また、自己発熱をさせるため、サーミスタに通常以上の電流を流して使用するが、上述したように、ある電流値以上で熱暴走を生じる問題があり、この電流値はサーミスタの周囲温度が低いほど、小さな電流値となるため、サーミスタの電流値は、使用温度領域の最低温度における気体中で熱暴走を生じさせない電流値とする必要がある。このため応答性の優れた小型で熱放散定数が大きなサーミスタを用いると、特に液位検出時に高温域において、十分な自己発熱が生じず、液位計として十分な感度が得られない問題点があった。 Also, in order to cause self-heating, the thermistor is used with a current higher than normal. However, as described above, there is a problem that thermal runaway occurs above a certain current value, and this current value is lower as the ambient temperature of the thermistor is lower. Since the current value is small, the current value of the thermistor needs to be a current value that does not cause thermal runaway in the gas at the lowest temperature in the operating temperature range. For this reason, if a thermistor with excellent response and a large heat dissipation constant is used, there is a problem in that sufficient self-heating does not occur, particularly in the high temperature range during liquid level detection, and sufficient sensitivity as a liquid level meter cannot be obtained. there were.

また、最近のコンピュータを使用したシステムでは、センサ出力電圧をデジタル信号に変換するADコンバータの最大入力電圧が5V程度と低くなってきており、センサ出力電圧もこの範囲に設定する必要が生じている。このため精度良くレベル検出を行うことは困難となっている。すなわち、充分なレベル検出精度を得るための各温度でのセンサ出力電圧は、1V以下から10V程度となり、ADコンバータ入力電圧範囲から外れる場合があった。   Further, in a system using a recent computer, the maximum input voltage of an AD converter that converts a sensor output voltage into a digital signal has become as low as about 5 V, and it is necessary to set the sensor output voltage within this range. . For this reason, it is difficult to accurately detect the level. That is, the sensor output voltage at each temperature for obtaining sufficient level detection accuracy is about 1 V or less to about 10 V, and may be out of the AD converter input voltage range.

本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で熱放散定数の大きいサーミスタを用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに、速やかにかつ精度良く液面を検出することができる液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to quickly and without causing thermal runaway in a wide temperature range even when using a small thermistor having a large heat dissipation constant. An object of the present invention is to provide a device for detecting the liquid level and the thermistor ambient temperature that can detect the liquid level with high accuracy.

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、電源に接続されたサーミスタ自己発熱による気体中及び液体中での熱放散定数が異なることを利用して前記液体の液面を検出すると共に、前記サーミスタの周囲温度検出する装置において、前記電源と前記サーミスタとの間に温度検出用抵抗を介して接続され前記サーミスタの周囲温度に対応する出力電圧を検出出力として検出する温度検出回路と、前記電源と前記サーミスタとの間に接続され前記サーミスタの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動される前記サーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、前記温度検出回路と前記定電流切換回路とを切換可能であると共に前記温度検出回路の検出出力に基づいて前記出力電圧差が大きくなる方に前記定電流切換回路を制御するコントローラと、を備え、該コントローラが、メモリを内蔵し、該メモリに、前記温度検出回路で検出された前記サーミスタの出力電圧に対する温度と、前記定電流切換回路による基準電流の変更の境界となる温度と、各基準電流に対応した気体中及び液体中での熱放散定数の差に基づく出力電圧差と、前記サーミスタが気体中にあるか又は液体中にあるかの判断の境界となる出力電圧差の所定値とがマップとして記憶され、前記コントローラが、前記温度検出回路により検出された前記サーミスタの出力電圧を、前記マップと比較して前記周囲温度を求め、該周囲温度と前記定電流切換回路による基準電流の変更の境界となる温度とから、検出した前記周囲温度に対応する基準電流を選択する際に、気体中及び液体中での温度に対する前記サーミスタの出力電圧差が大きくなる方に基準電流を選択し、次に、前記定電流切換回路に切り換え、選択した基準電流で前記サーミスタを自己発熱させたときの出力電圧から、前記メモリに記憶された液体中であって周囲温度における出力電圧を引いて出力電圧差を算出し、該出力電圧差を前記メモリに記憶された所定値の出力電力差と比較して前記サーミスタが気体中にあるか又は液体中にあるかの判断を行うことを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the liquid level and thermistor ambient temperature detection device of the present invention detects the liquid level by utilizing the fact that the thermistor connected to the power supply has different heat dissipation constants in the gas and liquid due to self-heating. In addition, in the device for detecting the ambient temperature of the thermistor, temperature detection is performed by detecting an output voltage corresponding to the ambient temperature of the thermistor connected between the power source and the thermistor via a temperature detection resistor. A constant current circuit connected between the circuit, the power source and the thermistor to change the reference current of the thermistor driven at a constant current in order to change the characteristics of the output voltage difference with respect to the temperature in the gas and liquid of the thermistor. The current switching circuit, the temperature detection circuit, and the constant current switching circuit can be switched, and the output is based on the detection output of the temperature detection circuit. Comprising a controller for controlling the constant current switching circuit toward the voltage difference becomes larger, and the controller is built-in memory, temperature and to the memory, for the output voltage of the thermistor detected by said temperature detecting circuit The temperature which becomes the boundary of the change of the reference current by the constant current switching circuit, the output voltage difference based on the difference of the heat dissipation constant in the gas and liquid corresponding to each reference current, and the thermistor is in the gas Or a predetermined value of the output voltage difference that is a boundary for determining whether or not the liquid is in the liquid is stored as a map, and the controller compares the output voltage of the thermistor detected by the temperature detection circuit with the map. The reference temperature corresponding to the detected ambient temperature is obtained from the ambient temperature and the temperature that becomes the boundary of the change of the reference current by the constant current switching circuit. At the time of selection, the reference current is selected so that the difference in output voltage of the thermistor with respect to the temperature in the gas and the liquid becomes larger, and then the switching is made to the constant current switching circuit, and the thermistor is switched with the selected reference current. The output voltage difference is calculated by subtracting the output voltage at the ambient temperature in the liquid stored in the memory from the output voltage when the self-heat is generated, and the output voltage difference is calculated as a predetermined value stored in the memory. It is characterized in that it is determined whether the thermistor is in a gas or a liquid as compared with an output power difference .

この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、温度検出回路の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路を制御するコントローラと、を備えているので、周囲温度に応じて定電流駆動の基準電流を切り替え、熱暴走する電流値を避けつつ出力電圧差が大きくし、上記出力電圧差を液面のレベルセンサとして十分なレベルに設定して測定することができる。また、定電流駆動であるので、自己発熱による温度上昇に伴って電流値が増加しないため、サーミスタの劣化のおそれが小さく、安定動作となる電流値を大きく設定することができる。さらに、周囲温度の検出時には、温度検出用抵抗に切り替えることで、同一のサーミスタで精度良く周囲温度を検出することができる。   In this liquid level and thermistor ambient temperature detection device, a constant current switching circuit for changing a reference current of a thermistor driven by a constant current in order to change a characteristic of an output voltage difference with respect to temperature in gas and liquid, and temperature A controller that controls the constant current switching circuit so that the output voltage difference becomes larger based on the detection output of the detection circuit, so that the current that causes thermal runaway by switching the constant current drive reference current according to the ambient temperature The output voltage difference is increased while avoiding the value, and the output voltage difference can be set to a sufficient level as a level sensor on the liquid level and measured. In addition, since constant current driving is used, the current value does not increase as the temperature rises due to self-heating, so that there is little risk of deterioration of the thermistor, and the current value for stable operation can be set large. Furthermore, when the ambient temperature is detected, the ambient temperature can be accurately detected by the same thermistor by switching to the temperature detection resistor.

また、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、前記温度検出回路及び前記定電流切換回路が、前記サーミスタの出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するADコンバータを備え、前記コントローラが、前記ADコンバータの最大入力電圧よりも低い前記サーミスタの出力電圧となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする。すなわち、この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、ADコンバータの最大入力電圧(例えば、5V)よりも低いサーミスタの出力電圧となるように定電流切換回路が制御されるので、精度良く液面レベルの検出を行うことができる。   In the liquid level and thermistor ambient temperature detection device of the present invention, the temperature detection circuit and the constant current switching circuit include an AD converter that converts an output voltage of the thermistor from an analog signal to a digital signal, and the controller The constant current switching circuit is controlled so that the output voltage of the thermistor is lower than the maximum input voltage of the AD converter. That is, in this liquid level and thermistor ambient temperature detection device, the constant current switching circuit is controlled so that the output voltage of the thermistor is lower than the maximum input voltage (for example, 5 V) of the AD converter. Level detection can be performed.

さらに、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、前記コントローラが、前記ADコンバータの基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に前記出力電圧差がなるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする。すなわち、この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、ADコンバータの基準電圧(例えば、5V)及び分解能(例えば、10bit)に応じて設定した最小電圧差以上に出力電圧差がなるように定電流切換回路が制御されるので、ADコンバータの性能に合わせた十分な出力電圧差に切換設定され、液面レベルセンサとして十分に実用的な感度で検出することができる。   Furthermore, the liquid level and thermistor ambient temperature detection device according to the present invention is such that the controller switches the constant current so that the output voltage difference exceeds a minimum voltage difference set according to a reference voltage and resolution of the AD converter. The circuit is controlled. That is, in this liquid level and thermistor ambient temperature detection device, the constant current is set so that the output voltage difference is greater than the minimum voltage difference set according to the reference voltage (eg, 5 V) and resolution (eg, 10 bits) of the AD converter. Since the switching circuit is controlled, it is switched to a sufficient output voltage difference according to the performance of the AD converter, and can be detected with sufficiently practical sensitivity as a liquid level sensor.

また、本発明の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、前記コントローラが、前記サーミスタが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする。すなわち、この液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置では、サーミスタが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように定電流切換回路が制御されるので、サーミスタのばらつき及び安定性を考慮して使用温度範囲における熱暴走を確実に抑制して使用することができる。   Also, in the liquid level and thermistor ambient temperature detection device of the present invention, the controller controls the constant current switching circuit so that the thermistor becomes less than half of the current value at which the thermistor starts thermal runaway. And That is, in this liquid level and thermistor ambient temperature detection device, the constant current switching circuit is controlled so that the thermistor is less than one half of the current value at which the thermal runaway starts, so the variation and stability of the thermistor are taken into account. Thus, thermal runaway in the operating temperature range can be reliably suppressed and used.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置によれば、サーミスタの出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、温度検出回路の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路を制御するコントローラと、を備えているので、周囲温度に応じて上記出力電圧差を液面レベルセンサとして十分なレベルに切換設定して測定することができる。また、温度検出用抵抗により、同一のサーミスタで精度良く周囲温度を検出することができると共に、定電流駆動により熱暴走を抑制することができる。したがって、小型で熱放散定数の大きいサーミスタを用いても、広い温度範囲で熱暴走を生じずに、速やかにかつ精度良く液面を検出することができる。これにより、本発明の検出装置は、低温から高温までの範囲で、高速に液面レベルを検出する必要のある給湯器や風呂等の空炊き防止用の装置として好適である。
The present invention has the following effects.
That is, according to the device for detecting the liquid level and thermistor ambient temperature according to the present invention, a constant current switching circuit for changing the reference current of the thermistor driven at a constant current in order to change the output voltage difference characteristic of the thermistor, and the temperature And a controller that controls the constant current switching circuit so that the output voltage difference becomes larger based on the detection output of the detection circuit, so that the output voltage difference is a level sufficient as a liquid level sensor according to the ambient temperature. It can be switched to and measured. In addition, the temperature detection resistor can accurately detect the ambient temperature with the same thermistor, and thermal runaway can be suppressed by constant current driving. Therefore, even if a small thermistor having a large heat dissipation constant is used, the liquid level can be detected quickly and accurately without causing thermal runaway in a wide temperature range. Thereby, the detection device of the present invention is suitable as a device for preventing hot cooking such as a water heater or a bath that needs to detect the liquid level at high speed in a range from low temperature to high temperature.

以下、本発明に係る液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置の一実施形態を、図1から図7を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of a liquid level and thermistor ambient temperature detection device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置は、例えば湯沸し器や風呂等の空焚き検出やガソリンタンクのエンプティ検出等に用いられるものであって、図1に示すように、電源1に接続されたサーミスタTHの自己発熱による気体中及び液体中での熱放散定数の差を出力電圧差として取り出し、液面とサーミスタTHの周囲温度とを検出する装置である。 The liquid level and thermistor ambient temperature detection device according to the present embodiment is used for, for example, detection of emptying of a water heater or a bath, detection of empty of a gasoline tank, and the like. As shown in FIG. This is a device for detecting the liquid surface and the ambient temperature of the thermistor TH by taking out the difference in heat dissipation constant between the gas and the liquid due to self-heating of the connected thermistor TH as an output voltage difference.

この検出装置は、電源1とサーミスタTHとの間に接続されサーミスタTHの周囲温度を検出する温度検出回路2と、電源1とサーミスタTHとの間に接続されサーミスタTHの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタTHの基準電流を変更する定電流切換回路3と、温度検出回路2と定電流切換回路3とを切換可能であると共に温度検出回路2の検出出力に基づいて上記出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路3を制御するコントローラCと、を備えている。
また、上記温度検出回路2及び上記定電流切換回路3は、サーミスタ出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するADコンバータ4を共有で備えている。
This detection device is connected between the power source 1 and the thermistor TH and detects the ambient temperature of the thermistor TH, and connected between the power source 1 and the thermistor TH in the gas and liquid of the thermistor TH. The constant current switching circuit 3 that changes the reference current of the thermistor TH that is driven by constant current to change the characteristic of the output voltage difference with respect to the temperature of the current, the temperature detection circuit 2, and the constant current switching circuit 3 can be switched. And a controller C that controls the constant current switching circuit 3 so that the output voltage difference becomes larger based on the detection output of the temperature detection circuit 2.
The temperature detection circuit 2 and the constant current switching circuit 3 share an AD converter 4 that converts the thermistor output voltage from an analog signal to a digital signal.

上記サーミスタTHは、温度が上昇すると抵抗が低くなる負特性、いわゆるNTCサーミスタ(Negative Temperature Coefficient Thermistor)である。このサーミスタTHは、例えば、気体中で0.1〜8mW/℃、好ましくは1〜4mW/℃の熱放散定数を有し、かつ液体中で0.2〜10mW/℃、好ましくは2〜8mW/℃の熱放散定数を有する単一の高速応答型サーミスタである。 The thermistor TH is a so-called NTC thermistor (negative temperature coefficient thermistor) whose resistance decreases as the temperature rises. This thermistor TH has, for example, a heat dissipation constant of 0.1 to 8 mW / ° C., preferably 1 to 4 mW / ° C. in gas, and 0.2 to 10 mW / ° C., preferably 2 to 8 mW in liquid. It is a single fast response thermistor having a heat dissipation constant of / ° C.

上記気体としては、空気、水蒸気、酸素、窒素、二酸化炭素等が挙げられ、液体としては、水、アルコール、ガソリン、潤滑油等が挙げられる。
上記電源1は、直流電源であり、3端子レギュレータ5を介してサーミスタTHに接続された後に接地される。また、電源1は、3端子レギュレータ5の入力端子5aに接続され、サーミスタTHは3端子レギュレータ5の出力端子5bに第1スイッチSW1又は第3スイッチSW3を介して接続される。
Examples of the gas include air, water vapor, oxygen, nitrogen, and carbon dioxide, and examples of the liquid include water, alcohol, gasoline, and lubricating oil.
The power source 1 is a DC power source and is grounded after being connected to the thermistor TH via the three-terminal regulator 5. The power source 1 is connected to the input terminal 5a of the three-terminal regulator 5, and the thermistor TH is connected to the output terminal 5b of the three-terminal regulator 5 via the first switch SW1 or the third switch SW3.

上記3端子レギュレータ5のアジャスト端子5cは、第2スイッチSW2を介して第5抵抗器(温度検出用抵抗)R5に接続された後に接地される。なお、第5抵抗器R5は、第1抵抗器R1〜第4抵抗器R4と組み合わせて、出力電圧を一定電圧に設定するための電圧設定抵抗として機能する。上記第2スイッチSW2は、温度検出時(温度測定モード)には、3端子レギュレータ5と第5抵抗器R5とを接続するようにコントローラCにより制御される。   The adjustment terminal 5c of the three-terminal regulator 5 is grounded after being connected to the fifth resistor (temperature detection resistor) R5 via the second switch SW2. The fifth resistor R5 functions as a voltage setting resistor for setting the output voltage to a constant voltage in combination with the first resistor R1 to the fourth resistor R4. The second switch SW2 is controlled by the controller C so as to connect the three-terminal regulator 5 and the fifth resistor R5 when temperature is detected (temperature measurement mode).

一方、サーミスタTHと3端子レギュレータ5との間には、第3スイッチSW3が設けられている。この第3スイッチSW3は、温度検出時(温度測定モード)に、第6抵抗器(温度検出用抵抗)R6を介してサーミスタTHと3端子レギュレータ5とを接続し、液面レベル検出時(レベル検出モード)に、第1スイッチSW1を介して第1抵抗器R1〜第4抵抗器R4のうちいずれか一つを介してサーミスタTHと3端子レギュレータ5とを接続するようにコントローラCで制御される。   On the other hand, a third switch SW3 is provided between the thermistor TH and the three-terminal regulator 5. The third switch SW3 connects the thermistor TH and the three-terminal regulator 5 via a sixth resistor (temperature detection resistor) R6 at the time of temperature detection (temperature measurement mode), and detects the liquid level (level). In the detection mode), the controller C is controlled to connect the thermistor TH and the three-terminal regulator 5 via the first switch SW1 and any one of the first resistor R1 to the fourth resistor R4. The

上記サーミスタTHは、ADコンバータ4の入力端子に接続され、ADコンバータ4の基準電圧はサーミスタTHの基準電圧と同一に設定される。また、ADコンバータ4の出力端子は、コントローラCの制御入力(I/Oポート)に接続され、コントローラCの制御出力は第1スイッチSW1、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3に接続されている。   The thermistor TH is connected to the input terminal of the AD converter 4, and the reference voltage of the AD converter 4 is set to be the same as the reference voltage of the thermistor TH. The output terminal of the AD converter 4 is connected to the control input (I / O port) of the controller C, and the control output of the controller C is connected to the first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3. .

上記第1スイッチSW1は、定電流駆動されるサーミスタTHの基準電流を変更するために接続抵抗を第1抵抗器R1〜第4抵抗器R4までのいずれか一つに切り替える電流値変更スイッチである。例えば、第1抵抗器R1〜第4抵抗器R4に切換接続されることで、それぞれ10mA,5mA,2mA,1mAの基準電流に切換可能とされる。したがって、定電流切換回路3は、3端子レギュレータ5、第1スイッチSW1、第1抵抗器R1〜第4抵抗器R4及びADコンバータ4で構成されている。   The first switch SW1 is a current value change switch for switching the connection resistance to any one of the first resistor R1 to the fourth resistor R4 in order to change the reference current of the thermistor TH driven by constant current. . For example, switching to the first resistor R1 to the fourth resistor R4 enables switching to reference currents of 10 mA, 5 mA, 2 mA, and 1 mA, respectively. Therefore, the constant current switching circuit 3 includes the three-terminal regulator 5, the first switch SW1, the first resistor R1 to the fourth resistor R4, and the AD converter 4.

また、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3は、上述したようにサーミスタTHの周囲温度を測定して上記基準電流を設定するためのスイッチである。したがって、温度検出回路2は、3端子レギュレータ5、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、第5抵抗器R5、第6抵抗器R6及びADコンバータ4で構成されている。   The second switch SW2 and the third switch SW3 are switches for setting the reference current by measuring the ambient temperature of the thermistor TH as described above. Therefore, the temperature detection circuit 2 includes a three-terminal regulator 5, a second switch SW2, a third switch SW3, a fifth resistor R5, a sixth resistor R6, and an AD converter 4.

上記コントローラCは、ADコンバータ4の最大入力電圧よりも低いサーミスタ出力電圧となるように定電流切換回路3を制御する機能を有する。
さらに、上記コントローラCは、ADコンバータ4の基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に上記出力電圧差がなるように定電流切換回路3を制御する機能を有する。
また、上記コントローラCは、サーミスタTHが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように定電流切換回路3を制御する機能を有する。
The controller C has a function of controlling the constant current switching circuit 3 so that the thermistor output voltage is lower than the maximum input voltage of the AD converter 4.
Further, the controller C has a function of controlling the constant current switching circuit 3 so that the output voltage difference becomes greater than the minimum voltage difference set according to the reference voltage and resolution of the AD converter 4.
The controller C has a function of controlling the constant current switching circuit 3 so that the thermistor TH is less than half of the current value at which the thermal runaway starts.

コントローラCには、図示しないメモリが内蔵され、該メモリには、温度検出回路2で検出されたサーミスタ出力電圧に対応する温度と、定電流切換回路3による基準電流の変更の境界となる温度と、各基準電流に対応した気体中及び液体中での熱放散定数の差に基づく出力電圧差と、サーミスタTHが気体中にあるか又は液体中にあるかの判断の境界となる出力電圧差の所定値と、がマップとして記憶されている。 The controller C includes a memory (not shown). The memory includes a temperature corresponding to the thermistor output voltage detected by the temperature detection circuit 2 and a temperature serving as a boundary for changing the reference current by the constant current switching circuit 3. The difference between the output voltage difference based on the difference between the heat dissipation constant in the gas and the liquid corresponding to each reference current and the output voltage difference that is a boundary for determining whether the thermistor TH is in the gas or in the liquid The predetermined value is stored as a map.

次に、本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置による液面及びサーミスタ周囲温度の検出方法について説明する。   Next, a method for detecting the liquid level and thermistor ambient temperature by the liquid level and thermistor ambient temperature detection device of the present embodiment will be described.

まず、図2のフローチャートに示すように、コントローラCは、温度検出回路2を構成するため、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3を温度検出側(Temp側)に切り替えると共に、第1スイッチSW1を予め基準電流が10mAとなる第1抵抗器R1への接続位置に設定する(ステップS1)。次に、サーミスタTHの周囲温度を検出する(ステップS2)。すなわち、サーミスタ出力電圧をADコンバータ4に入力し、ADコンバータ4はその入力電圧をデジタル信号に変換してコントローラCの制御入力を通して、そのデジタル信号をコントローラCに取り込む。そして、コントローラCは、メモリに記憶されたマップと比較して周囲温度を求める。   First, as shown in the flowchart of FIG. 2, the controller C switches the second switch SW2 and the third switch SW3 to the temperature detection side (Temp side) and configures the first switch SW1 to configure the temperature detection circuit 2. A connection position to the first resistor R1 at which the reference current is 10 mA is set in advance (step S1). Next, the ambient temperature of the thermistor TH is detected (step S2). That is, the thermistor output voltage is input to the AD converter 4, and the AD converter 4 converts the input voltage into a digital signal and takes the digital signal into the controller C through the control input of the controller C. And the controller C calculates | requires ambient temperature compared with the map memorize | stored in memory.

次に、コントローラCは、メモリ内のマップに基づいて、温度検出回路2の検出出力に基づいて検出した周囲温度が60℃以上か否かを判断し(ステップS3)、60℃未満の際、周囲温度と定電流切換回路3による基準電流の変更の境界となる温度とから、検出した周囲温度に対応する基準電流を選択する(ステップS4)。この際、コントローラCは、気体中及び液体中での温度に対するサーミスタ出力電圧差が大きくなる方に基準電流を選択する。また、コントローラCは、周囲温度が60℃以上であるとき、第1スイッチSW1を第1抵抗器R1に接続されたままとする(ステップS5)。   Next, the controller C determines whether the ambient temperature detected based on the detection output of the temperature detection circuit 2 is 60 ° C. or higher based on the map in the memory (step S3). A reference current corresponding to the detected ambient temperature is selected from the ambient temperature and the temperature that becomes the boundary for changing the reference current by the constant current switching circuit 3 (step S4). At this time, the controller C selects the reference current so that the thermistor output voltage difference with respect to the temperature in the gas and in the liquid becomes larger. In addition, when the ambient temperature is 60 ° C. or higher, the controller C keeps the first switch SW1 connected to the first resistor R1 (step S5).

このように、選択した基準電流に対応する抵抗値を第1抵抗器R1〜第4抵抗器R4の中から選択して、対応する抵抗器に第1スイッチSW1を制御して接続する。例えば、基準電流の変更の境界となる温度を、20℃、40℃、60℃に設定し、20℃未満では第4抵抗器R4、20℃以上40℃未満では第3抵抗器R3、40℃以上60℃未満では第2抵抗器R2、60℃以上では第1抵抗器R1に第1スイッチSW1を接続することで、異なる基準電流に変更する。なお、これら設定は、ADコンバータ4の基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に上記出力電圧差がなるようになっている。また、サーミスタTHが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように設定されている。   In this way, the resistance value corresponding to the selected reference current is selected from the first resistor R1 to the fourth resistor R4, and the first switch SW1 is controlled and connected to the corresponding resistor. For example, the temperature that becomes the boundary of the change of the reference current is set to 20 ° C., 40 ° C., and 60 ° C. If the temperature is less than 20 ° C., the fourth resistor R4, and if it is 20 ° C. or more and less than 40 ° C., the third resistor R3, 40 ° C. The reference current is changed to a different reference current by connecting the first switch SW1 to the second resistor R2 when the temperature is lower than 60 ° C. or higher and the first resistor R1 when the temperature is 60 ° C. or higher. These settings are such that the output voltage difference is greater than the minimum voltage difference set according to the reference voltage and resolution of the AD converter 4. Further, the thermistor TH is set to be less than half of the current value at which the thermal runaway starts.

次に、コントローラCは、温度検出回路2から定電流切換回路3に切り替えるため、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3を液面レベル検出側(Level側)に切り替える。そして、サーミスタTHを自己発熱させ、液面レベルの検出を行う(ステップS5)。この際、サーミスタ出力電圧をADコンバータ4に入力し、デジタル変換した後にコントローラCに取り込む。コントローラCは、この出力電圧から、メモリに記憶された液体中であって周囲温度における出力電圧を引いて出力電圧差を算出する。   Next, the controller C switches the second switch SW2 and the third switch SW3 to the liquid level detection side (Level side) in order to switch from the temperature detection circuit 2 to the constant current switching circuit 3. Then, the thermistor TH is self-heated and the liquid level is detected (step S5). At this time, the thermistor output voltage is input to the AD converter 4 and converted into a digital signal and then taken into the controller C. The controller C calculates an output voltage difference by subtracting the output voltage at the ambient temperature in the liquid stored in the memory from the output voltage.

次に、コントローラCは、上記出力電圧差をメモリに記憶された所定の出力電圧差と比較して、ADコンバータ4のデジタル出力値として一定値未満であると、サーミスタTHが液体中であると判断する。また、コントローラCは、上記出力電圧差をメモリに記憶された所定の出力電圧差と比較して、ADコンバータ4のデジタル出力値として一定値以上であると、サーミスタTHが気体中であると判断する(ステップS6)。この際、ADコンバータ4のデジタル出力値の一定値としては、例えば5LSB(Least Significant Bit)に設定し、上記出力電圧差が5LSB未満のときは液体中であると判断し、5LSB以上のときは気体中であると判断する。
ここで、液体中であると判断された場合には、コントローラCは、所定時間経過後に再び上記動作を繰り返す制御を行う。また、気体中であると判断された場合は、警告表示を行ったり、又は警報を発生する。
Next, the controller C compares the output voltage difference with a predetermined output voltage difference stored in the memory, and if the digital output value of the AD converter 4 is less than a certain value, the thermistor TH is in the liquid. to decide. Further, the controller C compares the output voltage difference with a predetermined output voltage difference stored in the memory, and determines that the thermistor TH is in the gas when the digital output value of the AD converter 4 is equal to or larger than a certain value. (Step S6). At this time, the constant value of the digital output value of the AD converter 4 is set to 5 LSB (Least Significant Bit), for example, and when the output voltage difference is less than 5 LSB, it is determined that the liquid is in the liquid. Judged to be in gas.
Here, when it is determined that the liquid is in the liquid, the controller C performs control to repeat the above operation again after a predetermined time has elapsed. If it is determined that the gas is in the gas, a warning is displayed or an alarm is generated.

次に、本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置による液面及びサーミスタ周囲温度の検出方法についてシミュレーションした結果を説明する。   Next, a simulation result of the method for detecting the liquid level and the thermistor ambient temperature by the liquid level and thermistor ambient temperature detection device of the present embodiment will be described.

まず、比較のため、図3に示す従来の一般的な回路構成によってサーミスタTHで温度を検出する場合について説明する。この場合、基準抵抗Rrefとしては、主たる使用温度域でのサーミスタの抵抗値と同等程度が好ましく、基準電圧Vrefはサーミスタが自己発熱しない程度の電圧とすることが望ましい。ここで、25℃において抵抗値2.186kΩ、B定数3386K、液体中での熱放散定数3.2mW/℃、気体中での熱放散定数1.5mW/℃のサーミスタTHにおいて、基準抵抗Rrefと基準電圧Vrefの違いによる気体中と液体中とでの出力のシミュレーション例を、図4から図6に示す。   First, for comparison, the case where the thermistor TH detects the temperature with the conventional general circuit configuration shown in FIG. 3 will be described. In this case, the reference resistance Rref is preferably about the same as the resistance value of the thermistor in the main operating temperature range, and the reference voltage Vref is desirably a voltage that does not cause the thermistor to self-heat. Here, in a thermistor TH having a resistance value of 2.186 kΩ at 25 ° C., a B constant of 3386 K, a heat dissipation constant in liquid of 3.2 mW / ° C., and a heat dissipation constant in gas of 1.5 mW / ° C., the reference resistance Rref FIGS. 4 to 6 show simulation examples of the output in the gas and in the liquid due to the difference in the reference voltage Vref.

これら図では、図3の回路構成において、基準電圧Rrefをそれぞれ12V,8V,5Vとして、基準抵抗Rrefを0.3kΩ,0.5kΩ,1kΩと変化させた際の周囲温度に対する出力電圧を示している。各図において、○印で示した点は熱暴走を起こす電流値以上であり、□印で示した点は、熱暴走を起こす電流値の二分の一以上の電流値である。なお、サーミスタTHの劣化の観点から、熱暴走を起こす電流値の二分の一未満で使用することが望ましい。   These figures show the output voltage with respect to the ambient temperature when the reference voltage Rref is set to 12 V, 8 V, and 5 V, respectively, and the reference resistor Rref is changed to 0.3 kΩ, 0.5 kΩ, and 1 kΩ in the circuit configuration of FIG. Yes. In each figure, the points indicated by ◯ are equal to or higher than the current value causing thermal runaway, and the points indicated by □ are current values equal to or more than one half of the current value causing thermal runaway. From the viewpoint of deterioration of the thermistor TH, it is desirable to use less than half of the current value that causes thermal runaway.

これらの図において、液面レベルセンサとして実用的な感度を有するためには、液体中と気体中とでの出力電圧差の好適なレベルは、ADコンバータ4の基準電圧及び分解能に依存するが、例えば基準電圧Vref:5V,分解能10bitのADコンバータ4では、0.1V程度以上であることが望ましい。基準電圧Vref:12Vにおいては基準抵抗Rref:1kΩ、基準電圧Vref:8Vにおいても基準抵抗Rref:1kΩの場合、出力電圧差として0.1V以上となるが、低温度側で出力電圧が5V以上であり、ADコンバータ4の入力範囲を超えている。   In these drawings, in order to have practical sensitivity as a liquid level sensor, a suitable level of the output voltage difference between the liquid and the gas depends on the reference voltage and resolution of the AD converter 4, For example, in the AD converter 4 with the reference voltage Vref: 5 V and the resolution of 10 bits, it is desirable that the voltage is about 0.1 V or more. When the reference voltage Vref is 12 V, the reference resistance Rref is 1 kΩ, and even when the reference voltage Vref is 8 V and the reference resistance Rref is 1 kΩ, the output voltage difference is 0.1 V or more, but the output voltage is 5 V or more on the low temperature side. Yes, the input range of the AD converter 4 is exceeded.

一方、基準電圧Vref:5Vでは、出力電圧は5V未満であるものの、出力電圧差が0.1Vより大幅に低く、液面レベルセンサとして実用的では無い。これに対応するためには使用するサーミスタTHの使用温度範囲での抵抗値が低いものを使用することにより、対応可能ではあるが、一般的では無く、チップサーミスタを用いれば入手可能ではあるが、その様な抵抗値のサーミスタTHを通常の温度測定用として使用する場合、出力電圧が小さくなり、温度検出精度が悪化する。なお、ここではADコンバータ4の基準電圧Vrefとして5V,分解能10bitとしたが、使用する制御装置にあわせて、この値は変更される。   On the other hand, at the reference voltage Vref: 5V, the output voltage is less than 5V, but the output voltage difference is significantly lower than 0.1V, which is not practical as a liquid level sensor. In order to cope with this, it is possible to cope with this by using a thermistor TH having a low resistance value in the operating temperature range, but it is not general and can be obtained by using a chip thermistor. When the thermistor TH having such a resistance value is used for normal temperature measurement, the output voltage becomes small and the temperature detection accuracy deteriorates. Although the reference voltage Vref of the AD converter 4 is 5 V and the resolution is 10 bits here, this value is changed according to the control device to be used.

これらに対して本発明の実施形態における上記検出装置では、上述したようにサーミスタTHに定電流を通電して検出を行う。上記比較のシミュレーションと同様のサーミスタTHに定電流を通電した場合について、周囲温度に対するサーミスタ出力電圧(両端電圧)及び上記出力電圧差のシミュレーション例を、図7に示す。この図では、定電流値として1mA,2mA,5mA,10mAと変化させた際の、出力電圧を示している。   On the other hand, in the detection device according to the embodiment of the present invention, detection is performed by supplying a constant current to the thermistor TH as described above. FIG. 7 shows a simulation example of the thermistor output voltage (both-end voltage) and the output voltage difference with respect to the ambient temperature when a constant current is passed through the thermistor TH similar to the comparison simulation. This figure shows the output voltage when the constant current value is changed to 1 mA, 2 mA, 5 mA, and 10 mA.

図7において、○印で示した点は熱暴走を起こす電流値以上であり、□印で示した点は、シミュレーション結果が振動的で不安定な点であり、△印で示した点は熱暴走を起こす電流値の二分の一以上の電流値である。しかしながら、本実施形態では、基準抵抗+定電圧での使用と異なり、定電流駆動であり、自己発熱による温度上昇に伴って電流値は増加しないため、サーミスタTHの劣化の恐れは小さく、またシミュレーション結果も安定である。これらの結果から、定電流でサーミスタTHを使用する場合、基準抵抗+定電圧での使用に較べて、安定動作となる電流値を大きくできる。   In FIG. 7, the points marked with ◯ are equal to or greater than the current value causing thermal runaway, the points marked with □ are points where the simulation results are vibrational and unstable, and the points marked with △ are The current value is one half or more of the current value causing the runaway. However, in the present embodiment, unlike the case of using the reference resistance and the constant voltage, the current value does not increase with the temperature rise due to self-heating, and therefore the thermistor TH is less likely to be deteriorated. The result is also stable. From these results, when the thermistor TH is used at a constant current, the current value for stable operation can be increased as compared with the use at the reference resistance + constant voltage.

また、図7においてtotal_liq及びtotal_airで示した値は、各周囲温度において、サーミスタ出力電圧が5V以下となり、かつ液体中と気体中でのサーミスタ出力電圧差が大きくなるように電流値を切り替えて変化させた場合のプロットで、その際の出力電圧差を△Vとして示している。
この結果より、サーミスタTHを定電流で使用し、その電流値を周囲温度によって変化させることにより、通常の抵抗値のサーミスタTHを使用して、サーミスタ出力電圧を5V以下としつつ、液体中と気体中での出力電圧差も液面レベルセンサとして使用可能である。また、通常の抵抗値のサーミスタTHを使用することにより、同一のサーミスタTHにて周囲温度も精度良く検出可能である。ここでADコンバータ4の基準電圧を5Vと仮定したが、その電圧が変わった際には、電流切り替えの周囲温度を変更することにより対応できる。
In addition, the values indicated by total_liq and total_air in FIG. 7 change by changing the current value so that the thermistor output voltage is 5 V or less and the difference between the thermistor output voltage in the liquid and the gas becomes large at each ambient temperature. In this plot, the output voltage difference at that time is shown as ΔV.
From this result, the thermistor TH is used at a constant current, and the current value is changed according to the ambient temperature, so that the thermistor output voltage is set to 5 V or less while using the thermistor TH having a normal resistance value. The output voltage difference among them can also be used as a liquid level sensor. Further, by using a thermistor TH having a normal resistance value, it is possible to accurately detect the ambient temperature with the same thermistor TH. Here, the reference voltage of the AD converter 4 is assumed to be 5 V, but when the voltage changes, it can be dealt with by changing the ambient temperature of current switching.

このように本実施形態の検出装置では、気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動されるサーミスタTHの基準電流を変更する定電流切換回路3と、温度検出回路2の検出出力に基づいて出力電圧差が大きくなる方に定電流切換回路3を制御するコントローラCと、を備えているので、周囲温度に応じて定電流駆動の基準電流を切り替え、熱暴走する電流値を避けつつ出力電圧差が大きくし、上記出力電圧差を液面レベルセンサとして十分なレベルに設定して測定することができる。   Thus, in the detection apparatus of the present embodiment, the constant current switching circuit 3 that changes the reference current of the thermistor TH that is driven by constant current in order to change the characteristics of the output voltage difference with respect to the temperature in the gas and in the liquid, And a controller C that controls the constant current switching circuit 3 so that the output voltage difference becomes larger based on the detection output of the temperature detection circuit 2, so that the reference current for constant current driving is switched according to the ambient temperature, The output voltage difference is increased while avoiding a current value that causes thermal runaway, and the output voltage difference can be set to a sufficient level as a liquid level sensor for measurement.

また、定電流駆動であるので、自己発熱による温度上昇に伴って電流値が増加しないため、サーミスタTHの劣化のおそれが小さく、安定動作となる電流値を大きく設定することができる。さらに、周囲温度の検出時には、温度検出用抵抗に切り替えることで、同一のサーミスタTHで精度良く周囲温度を検出することができる。
また、ADコンバータ4の最大入力電圧(例えば、5V)よりも低いサーミスタTHの出力電圧となるように定電流切換回路3が制御されるので、精度良く液面レベルの検出を行うことができる。
In addition, since constant current driving is used, the current value does not increase as the temperature rises due to self-heating, so that the thermistor TH is less likely to deteriorate, and the current value for stable operation can be set large. Furthermore, when the ambient temperature is detected, the ambient temperature can be accurately detected by the same thermistor TH by switching to the temperature detection resistor.
Further, since the constant current switching circuit 3 is controlled so that the output voltage of the thermistor TH is lower than the maximum input voltage (for example, 5 V) of the AD converter 4, the liquid level can be detected with high accuracy.

さらに、ADコンバータ4の基準電圧(例えば、5V)及び分解能(例えば、10bit)に応じて設定した最小電圧差以上に出力電圧差がなるように定電流切換回路3が制御されるので、ADコンバータ4の性能に合わせた十分な出力電圧差に切換設定され、液面レベルセンサとして十分に実用的な感度で検出することができる。
また、サーミスタTHが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように定電流切換回路3が制御されるので、サーミスタTHのばらつき及び安定性を考慮して使用温度範囲における熱暴走を確実に抑制して使用することができる。
Further, since the constant current switching circuit 3 is controlled so that the output voltage difference is larger than the minimum voltage difference set according to the reference voltage (for example, 5 V) and the resolution (for example, 10 bits) of the AD converter 4, the AD converter The output voltage difference is switched to a sufficient level according to the performance of No. 4, and can be detected with sufficiently practical sensitivity as a liquid level sensor.
In addition, since the constant current switching circuit 3 is controlled so that the thermistor TH is less than one half of the current value at which the thermal runaway starts, the thermal runaway in the operating temperature range is considered in consideration of the variation and stability of the thermistor TH. It can be used with certainty.

次に、本実施形態の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置によって実際に液面レベルを検出した実施例について説明する。
この実施例では、第1抵抗器R1〜第6抵抗器R6の抵抗値は、それぞれ、120Ω,240Ω,620Ω,1.2kΩ,360Ω,10kΩとした。なお、サーミスタTHは、上記シミュレーションと同様の特性のものを使用した。
また、第1スイッチSW1を第1抵抗器R1〜第4抵抗器R4の各抵抗に切換接続した際、それぞれ、10.4mA(第1抵抗器接続),5.2mA(第2抵抗器接続),2.0mA(第3抵抗器接続),1.0mA(第4抵抗器接続)をサーミスタTHに通電するように設定した。
Next, an example in which the liquid level is actually detected by the liquid level and thermistor ambient temperature detection device of the present embodiment will be described.
In this embodiment, the resistance values of the first resistor R1 to the sixth resistor R6 are 120Ω, 240Ω, 620Ω, 1.2 kΩ, 360Ω, and 10 kΩ, respectively. The thermistor TH having the same characteristics as the above simulation was used.
Further, when the first switch SW1 is switched and connected to the resistors of the first resistor R1 to the fourth resistor R4, 10.4 mA (first resistor connection) and 5.2 mA (second resistor connection), respectively. , 2.0 mA (third resistor connection) and 1.0 mA (fourth resistor connection) were set to energize the thermistor TH.

また、第2スイッチSW2及び第3スイッチSW3を温度検出側(Temp側)に接続し、温度検出回路2に切り替えた際、基準電圧5.0V,基準抵抗10kΩでの温度測定モードとなるように設定した。
このように設定された実施例で、実際に液面レベルを検出したところ、従来の回路構成では検出時間が180〜400秒であったのに対し、検出時間10〜60秒と大幅に高速化されたことがわかった。また、その際のサーミスタ出力電圧はADコンバータ4の最大入力範囲に合わせることができ、さらに同一のサーミスタTHで精度良く温度検出も可能であった。
Further, when the second switch SW2 and the third switch SW3 are connected to the temperature detection side (Temp side) and switched to the temperature detection circuit 2, the temperature measurement mode with the reference voltage of 5.0 V and the reference resistance of 10 kΩ is set. Set.
In the embodiment set in this way, when the liquid level was actually detected, the detection time was 180 to 400 seconds in the conventional circuit configuration, but the detection time was 10 to 60 seconds, and the speed was greatly increased. I found out. Further, the thermistor output voltage at that time can be adjusted to the maximum input range of the AD converter 4, and the temperature can be detected with high accuracy by the same thermistor TH.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

本発明に係る液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置の一実施形態において、回路構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a circuit configuration in an embodiment of a liquid level and thermistor ambient temperature detection device according to the present invention. FIG. 本実施形態において、液面及びサーミスタ周囲温度の検出方法におけるフローチャートである。In this embodiment, it is a flowchart in the detection method of a liquid level and thermistor ambient temperature. 本発明に係る従来例について、回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a circuit structure about the prior art example which concerns on this invention. 本発明に係る従来例について、周囲温度に対する基準抵抗及び基準電圧(12V)によるサーミスタ出力電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the thermistor output voltage by the reference resistance with respect to ambient temperature and a reference voltage (12V) about the prior art example which concerns on this invention. 本発明に係る従来例について、周囲温度に対する基準抵抗及び基準電圧(8V)によるサーミスタ出力電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the thermistor output voltage by the reference resistance with respect to ambient temperature and a reference voltage (8V) about the prior art example which concerns on this invention. 本発明に係る従来例について、周囲温度に対する基準抵抗及び基準電圧(5V)によるサーミスタ出力電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the thermistor output voltage by the reference resistance with respect to ambient temperature and a reference voltage (5V) about the prior art example which concerns on this invention. 本実施形態について、周囲温度に対する定電流駆動されたサーミスタ出力電圧(両端電圧)及び気中と液中とでの出力電圧差を示すグラフである。It is a graph which shows the output voltage difference between the thermistor output voltage (both-ends voltage) by which constant current drive was carried out with respect to ambient temperature, and air and liquid about this embodiment.

1…電源、TH…サーミスタ、R1…第1抵抗器、R2…第2抵抗器、R3…第3抵抗器、R4…第4抵抗器、R5…第5抵抗器(温度検出用抵抗)、R6…第6抵抗器(温度検出用抵抗)、2…温度検出回路、3…定電流切換回路、C…コントローラ、4…ADコンバータ、5…3端子レギュレータ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply, TH ... Thermistor, R1 ... 1st resistor, R2 ... 2nd resistor, R3 ... 3rd resistor, R4 ... 4th resistor, R5 ... 5th resistor (resistance for temperature detection), R6 ... 6th resistor (temperature detection resistor), 2 ... temperature detection circuit, 3 ... constant current switching circuit, C ... controller, 4 ... AD converter, 5 ... 3-terminal regulator

Claims (4)

電源に接続されたサーミスタ自己発熱による気体中及び液体中での熱放散定数が異なることを利用して前記液体の液面を検出すると共に、前記サーミスタの周囲温度検出する装置において、
前記電源と前記サーミスタとの間に温度検出用抵抗を介して接続され前記サーミスタの周囲温度に対応する出力電圧を検出出力として検出する温度検出回路と、
前記電源と前記サーミスタとの間に接続され前記サーミスタの気体中及び液体中での温度に対する出力電圧差の特性を変更するために定電流駆動される前記サーミスタの基準電流を変更する定電流切換回路と、
前記温度検出回路と前記定電流切換回路とを切換可能であると共に前記温度検出回路の検出出力に基づいて前記出力電圧差が大きくなる方に前記定電流切換回路を制御するコントローラと、を備え
該コントローラが、メモリを内蔵し、
該メモリに、前記温度検出回路で検出された前記サーミスタの出力電圧に対する温度と、前記定電流切換回路による基準電流の変更の境界となる温度と、各基準電流に対応した気体中及び液体中での熱放散定数の差に基づく出力電圧差と、前記サーミスタが気体中にあるか又は液体中にあるかの判断の境界となる出力電圧差の所定値とがマップとして記憶され、
前記コントローラが、前記温度検出回路により検出された前記サーミスタの出力電圧を、前記マップと比較して前記周囲温度を求め、
該周囲温度と前記定電流切換回路による基準電流の変更の境界となる温度とから、検出した前記周囲温度に対応する基準電流を選択する際に、気体中及び液体中での温度に対する前記サーミスタの出力電圧差が大きくなる方に基準電流を選択し、
次に、前記定電流切換回路に切り換え、選択した基準電流で前記サーミスタを自己発熱させたときの出力電圧から、前記メモリに記憶された液体中であって周囲温度における出力電圧を引いて出力電圧差を算出し、
該出力電圧差を前記メモリに記憶された所定値の出力電力差と比較して前記サーミスタが気体中にあるか又は液体中にあるかの判断を行うことを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
In a device for detecting the liquid level of the thermistor by utilizing the fact that the thermistor connected to the power source has different heat dissipation constants in gas and liquid due to self-heating, and detecting the ambient temperature of the thermistor,
A temperature detection circuit connected via a temperature detection resistor between the power source and the thermistor to detect an output voltage corresponding to the ambient temperature of the thermistor as a detection output ;
A constant current switching circuit that is connected between the power supply and the thermistor and changes the reference current of the thermistor driven at a constant current in order to change the characteristics of the output voltage difference with respect to the temperature in the gas and liquid of the thermistor. When,
A controller that is capable of switching between the temperature detection circuit and the constant current switching circuit and that controls the constant current switching circuit in such a manner that the output voltage difference is increased based on a detection output of the temperature detection circuit ;
The controller has a built-in memory,
In the memory, the temperature with respect to the output voltage of the thermistor detected by the temperature detection circuit, the temperature at which the reference current is changed by the constant current switching circuit, and the gas and liquid corresponding to each reference current An output voltage difference based on the difference between the heat dissipation constants and a predetermined value of the output voltage difference serving as a boundary for determining whether the thermistor is in gas or liquid, are stored as a map,
The controller compares the output voltage of the thermistor detected by the temperature detection circuit with the map to determine the ambient temperature;
When the reference current corresponding to the detected ambient temperature is selected from the ambient temperature and the temperature that becomes the boundary of the change of the reference current by the constant current switching circuit, the thermistor with respect to the temperature in the gas and the liquid is selected. Select the reference current for the one with the larger output voltage difference,
Next, switching to the constant current switching circuit and subtracting the output voltage at ambient temperature in the liquid stored in the memory from the output voltage when the thermistor self-heats with the selected reference current. Calculate the difference,
Liquid level and thermistor ambient temperature, wherein the output voltage difference is compared with a predetermined value of output power difference stored in the memory to determine whether the thermistor is in gas or liquid. Detection device.
請求項1に記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置において、
前記温度検出回路及び前記定電流切換回路が、前記サーミスタの出力電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するADコンバータを備え、
前記コントローラが、前記ADコンバータの最大入力電圧よりも低い前記サーミスタの出力電圧となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
In the liquid level and thermistor ambient temperature detection device according to claim 1,
The temperature detection circuit and the constant current switching circuit include an AD converter that converts an output voltage of the thermistor from an analog signal to a digital signal,
The liquid level and thermistor ambient temperature detection device, wherein the controller controls the constant current switching circuit so that the output voltage of the thermistor is lower than the maximum input voltage of the AD converter.
請求項2に記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置において、
前記コントローラが、前記ADコンバータの基準電圧及び分解能に応じて設定した最小電圧差以上に前記出力電圧差がなるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
In the liquid level and thermistor ambient temperature detection device according to claim 2,
The controller controls the constant current switching circuit so that the output voltage difference is equal to or greater than a minimum voltage difference set according to a reference voltage and resolution of the AD converter. Detection device.
請求項1から3のいずれか一項に記載の液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置において、
前記コントローラが、前記サーミスタが熱暴走を開始する電流値の二分の一未満となるように前記定電流切換回路を制御することを特徴とする液面及びサーミスタ周囲温度の検出装置。
In the detection device of the liquid level and thermistor ambient temperature according to any one of claims 1 to 3,
The liquid level and thermistor ambient temperature detection device, wherein the controller controls the constant current switching circuit such that the thermistor becomes less than half of a current value at which the thermistor starts thermal runaway.
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