JP5069867B2 - 液面レベル検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液面レベル検出装置に関し、特に、比誘電率の変化に対する液面レベル検出の精度を向上させた液面レベル検出装置に関する。

液面検出用として静電容量式液面レベルセンサが、従来提案されている。静電容量式液面レベルセンサを使用した液面レベル検出装置として、液体溶液中に板状導体からなる静電容量センサを配置し、液面の上下動により変動する静電容量変化を電気パルスに変換し、このパルスを検出することにより静電容量の変化に伴う液面レベルを知ることができるものがある（たとえば、特許文献１参照。）。
特開昭６０−１２０２２１号公報

しかしながら、上述の液面レベル検出装置において、異なる比誘電率を持つ多種類の液体の液面レベルを検出しようとすると、たとえば、比誘電率が１〜１００の範囲で変化した場合、静電容量変化としてレンジビリティが１００倍あり、１つの回路では検出が困難である。

たとえば、図１に示すように、測定すべき液体の比誘電率Ｅが１で、０〜１００ｍｍの液面レベルの変化に対応するセンサの静電容量変化が１ＰＦあった場合、測定すべき他の種類の液体の比誘電率Ｅが１００であれば、液面レベルに対応するセンサの静電容量変化が１００ＰＦになる。そこで、比誘電率Ｅが１００の液体の液面レベルを検出するのに適するようにセットしてある回路で、比誘電率Ｅが１の液体の液面レベルを検出しようとすると、静電容量変化が１／１００になる。

また、分解能が１０００と考えると、比誘電率Ｅが１００の時は（１００ＰＦ／１００ｍｍ）／１０００＝０．００１（ＰＦ／ｍｍ）／１分解能となり、比誘電率Ｅが１の時は（１ＰＦ）／１００ｍｍ）／１０００＝０．００００１（ＰＦ／ｍｍ）／１分解能となる。

静電容量の検出限界が０．００１ＰＦとした場合、比誘電率Ｅが１００の時は１ｍｍステップ毎の検出ができるが、比誘電率Ｅが１の時は１０ｍｍステップ毎の検出しかできなくなる。

このように、上述の液面指示装置では、測定すべき液体の種類が変わるなどして液体の比誘電率が変化した場合、液面レベルの検出精度を保つことができないという問題があった。また、１つの液面レベル検出装置で、広い比誘電率の範囲にわたって精度良く検出することができないため、たとえば、比誘電率１〜１０用の液面レベル検出装置と、比誘電率１０〜１００用の液面レベル検出装置を用意しなければならないという問題があった。

そこで本発明は、上述した課題に鑑み、異なる比誘電率を持つ多種類の液体の液面レベルを精度良く検出できる液面レベル検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、液体の液面レベル検出用のプライマリセンサおよび前記液体の比誘電率検出用のリファレンスセンサを備えた静電容量式液面レベルセンサと、前記液面レベルの変動に応じて変化する前記プライマリセンサの静電容量を検出する第１の検出手段と、前記液体の種類に起因する比誘電率の変化に応じて変化する前記リファレンスセンサの静電容量を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段で検出された前記リファレンスセンサの静電容量に基づいて、前記液体の比誘電率を演算する第１の演算手段と、前記第１および第２の検出手段の検出出力に基づいて前記液面レベルを演算する第２の演算手段と、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記第１の検出手段における検出感度を切り替える第１の感度切り替え手段とを備えたことを特徴とする液面レベル検出装置に存する。

請求項１記載の発明においては、液体の液面レベル検出用のプライマリセンサおよび液体の比誘電率検出用のリファレンスセンサを備えた静電容量式液面レベルセンサを使用した液面レベル検出装置において、第１の検出手段で、液面レベルの変動に応じて変化するプライマリセンサの静電容量を検出し、第２の検出手段で、液体の種類に起因する比誘電率の変化に応じて変化するリファレンスセンサの静電容量を検出する。第１の演算手段は、第２の検出手段で検出されたリファレンスセンサの静電容量に基づいて、液体の比誘電率を演算する。第２の演算手段は、第１および第２の検出手段の検出出力に基づいて液面レベルを演算する。そして、第１の感度切り替え手段で、第２の検出手段で検出された静電容量が予め設定された容量しきい値を超えた場合に、第１の検出手段における検出感度を切り替える。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１記載の液面レベル検出装置において、第１の検出手段は、前記プライマリセンサの静電容量を周波数に変換する容量−周波数変換手段を含み、前記第１の感度切り替え手段は、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記容量−周波数変換手段の変換定数を変更することを特徴とする液面レベル検出装置に存する。

請求項２記載の発明においては、第１の検出手段は、プライマリセンサの静電容量を周波数に変換する容量−周波数変換手段を含み、第１の感度切り替え手段は、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、容量−周波数変換手段の変換定数を変更する。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項１記載の液面レベル検出装置において、第１の検出手段は、前記プライマリセンサの静電容量を位相に変換する容量−位相変換手段を含み、前記第１の感度切り替え手段は、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記容量−位相変換手段の変換定数を変更することを特徴とする液面レベル検出装置に存する。

請求項３記載の発明においては、第１の検出手段は、プライマリセンサの静電容量を位相に変換する容量−位相変換手段を含み、第１の感度切り替え手段は、第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、容量−位相変換手段の変換定数を変更する。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項１記載の液面レベル検出装置において、第１の検出手段は、前記プライマリセンサの静電容量をインピーダンスに変換する容量−インピーダンス変換手段を含み、前記第１の感度切り替え手段は、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記容量−インピーダンス変換手段の変換定数を変更することを特徴とする液面レベル検出装置に存する。

請求項４記載の発明においては、第１の検出手段は、プライマリセンサの静電容量をインピーダンスに変換する容量−インピーダンス変換手段を含み、第１の感度切り替え手段は、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、容量−インピーダンス変換手段の変換定数を変更する。

上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の液面レベル検出装置において、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記第２の検出手段における検出感度を切り替える第２の感度切り替え手段をさらに備えたことを特徴とする液面レベル検出装置に存する。

請求項５記載の発明においては、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、第２の検出手段における検出感度を切り替える第２の感度切り替え手段をさらに備えている。

請求項１記載の発明によれば、液体の液面レベル検出用のプライマリセンサおよび液体の比誘電率検出用のリファレンスセンサを備えた静電容量式液面レベルセンサと、液面レベルの変動に応じて変化するプライマリセンサの静電容量を検出する第１の検出手段と、液体の種類に起因する比誘電率の変化に応じて変化するリファレンスセンサの静電容量を検出する第２の検出手段と、第２の検出手段で検出されたリファレンスセンサの静電容量に基づいて、液体の比誘電率を演算する第１の演算手段と、第１および第２の検出手段の検出出力に基づいて液面レベルを演算する第２の演算手段と、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、第１の検出手段における検出感度を切り替える第１の感度切り替え手段とを備えているので、比誘電率の異なる多種類の液体の液面レベルを精度良く検出することができる。

請求項２記載の発明によれば、第１の検出手段は、プライマリセンサの静電容量を周波数に変換する容量−周波数変換手段を含み、記第１の感度切り替え手段は、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、容量−周波数変換手段の変換定数を変更するので、比誘電率の異なる多種類の液体の液面レベルを容量−周波数変換して精度良く検出することができる。

請求項３記載の発明によれば、第１の検出手段は、プライマリセンサの静電容量を位相に変換する容量−位相変換手段を含み、第１の感度切り替え手段は、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、容量−位相変換手段の変換定数を変更するので、比誘電率の異なる多種類の液体の液面レベルを容量−位相変換して精度良く検出することができる。

請求項４記載の発明によれば、第１の検出手段は、プライマリセンサの静電容量をインピーダンスに変換する容量−インピーダンス変換手段を含み、第１の感度切り替え手段は、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、容量−インピーダンス変換手段の変換定数を変更するので、比誘電率の異なる多種類の液体の液面レベルを容量−インピーダンス変換して精度良く検出することができる。

請求項５記載の発明によれば、第１の演算手段で演算された比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、第２の検出手段における検出感度を切り替える第２の感度切り替え手段をさらに備えているので、比誘電率の異なる多種類の液体の比誘電率を精度良く検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は、本発明における液面レベル検出の原理を説明する模式図である。図２において、液面レベル検出装置に使用される静電容量式液面レベルセンサは、プライマリセンサ１およびリファレンスセンサ２から構成される。プライマリセンサ１は、一対の板状電極１ａおよび１ｂからなり、測定すべき液体が貯蔵される貯蔵タンク等の内部に設置される。例として、電極１ａおよび１ｂは、いずれも幅ｗおよび高さｈの長方形状の平板電極であり、所定間隔ｄをおいて平行に配置される。電極１ａおよび１ｂの一部は、液面レベルｘまで液体中にあり、残りの部分は、空気中にある。

同様に、リファレンスセンサ２は、一対の板状の電極２ａおよび２ｂからなり、測定すべき液体が貯蔵される貯蔵タンク等の内部に設置される。例として、電極２ａおよび２ｂは、いずれも面積Ｓの平板電極であり、所定間隔ｄをおいて平行に配置される。電極２ａおよび２ｂは、常に液体中に設置される。

このように配置された一対の電極間には、静電容量が発生する。真空中の誘電率をε₀ 、液体の比誘電率をε_r とすると、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐは、
Ｃｐ＝ε₀ ＊ｗ（ｈ−ｘ）／ｄ＋ε₀ ＊ε_r ＊ｗ＊ｘ／ｄ
＝ε₀ ＊ｗ＊ｈ／ｄ＋ε₀ （ε_r −１）＊ｗ＊ｘ／ｄ・・・（１）
で表される。

また、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒは、
Ｃｒ＝ε_r ＊ε₀ ＊Ｓ／ｄ・・・（２）
で表される。

上述の式（２）より比誘電率ε_r を求めると、
ε_r ＝（ｄ／ε₀ ＊Ｓ）＊Ｃｒ・・・（３）
で与えられる。

上述の式（３）を式（１）に代入して、液面レベルｘを求めると、
ｘ＝（ｄ＊Ｃｐ−ε₀ ＊ｗ＊ｈ）／ｗ｛（ｄ＊Ｃｒ／Ｓ）−ε₀ ｝・・・（４）
で与えられる。

上述の式（４）において既知の項をまとめた定数Ａ，Ｂで置き換えると、
ｘ＝Ａ＊Ｃｐ−Ｂ・・・（５）
となる。ここで、
Ａ＝ｄ／ｗ｛（ｄ＊Ｃｒ／Ｓ）−ε₀ ｝・・・（６）
Ｂ＝ε₀ ＊ｗ＊ｈ／ｗ｛（ｄ＊Ｃｒ／Ｓ）−ε₀ ｝・・・（７）
である。したがって、プライマリセンサ１およびリファレンスセンサ２の静電容量Ｃｐ，Ｃｒを検出して式（５）に当てはめることにより、液体の比誘電率ε_r が変化しても精度良く液面レベルｘを検出することができる。

次に、上記に説明した原理を用いた本発明の実施の形態について以下に説明する。

（第１の実施形態）図３は、本発明の液面レベル検出装置の第１の実施形態を示すブロック図である。この第１の実施形態では、液面レベルｘの変動によるプライマリセンサ１の静電容量変化をパルス（周波数）出力に変換し、パルスの周波数または周期を知ることにより、液面レベルｘを検出する。また、液体の比誘電率を求め、非誘電率の大きい液体の液面検出時に、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの検出感度を切り替えている。

液面レベル検出装置は、図２に示すようなプライマリセンサ１およびリファレンスセンサ２の２種類の静電容量式センサを有する静電容量式液面レベルセンサを使用し、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒ検出により液体の比誘電率ε_r を求め、求めた比誘電率ε_r をプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐ検出に基づく液面レベル計算式に当てはめ、液面レベル検出を行う。また、検出精度を高めるため、液体の比誘電率ε_r が比誘電率しきい値ε_THを超えると、この静電容量変化をパルス変化（周波数変化）に変換して検出するプライマリセンサ１の静電容量検出回路の定数を変化させ、感度を高める。

たとえば、比誘電率が１〜１００変化する場合において、比誘電率のしきい値を１０とし、比誘電率が１〜１０の場合のレンジビリティが１０、周波数変化１００Ｈｚ（一例である）とした場合、比誘電率が１０〜１００の場合も、同様にレンジビリティ１０、周波数変化１００Ｈｚとなるように、回路の定数を切り替える。それにより、比誘電率が１０〜１００の場合も、比誘電率が１〜１０の場合と同じ周波数変化となるため、検出精度を高めることができる。ちなみに、比誘電率が変化しても回路の発振定数を切り替えない場合は、比誘電率が１〜１００変化した場合、レンジビリティ１００、周波数変化１ｋＨｚ（一例である）となり、精度を保つことが困難になる。

液面レベル検出装置は、プライマリセンサ１と、リファレンスセンサ２と、発振器３および４と、ＡＮＤゲート５および６と、カウンタ７および８と、マイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵという）９から構成される。プライマリセンサ１およびリファレンスセンサ２は、静電容量式液面レベルセンサを構成し、測定すべき液体が貯蔵される貯蔵タンク等の内部に図２と同じ位置関係に設置される。発振器３、ＡＮＤゲート５およびカウンター７は、請求項における第１の検出手段に相当し、発振器４、ＡＮＤゲート６およびカウンター８は、請求項における第２の検出手段に相当する。ＣＰＵ９は、請求項における第１の演算手段、第２の演算手段および第１の感度切り替え手段の一部に相当する。

発振器３は、インバータ３ａと、インバータ３ａの入力端子および出力端子間に接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１に並列接続された抵抗Ｒ２およびスイッチ３ｂの直列回路と、インバータ３ａの入力端子および接地間に接続されたプライマリセンサ１を含むＣＲマルチバイブレータ等のＣＲ発振器であり、その発振周波数ｆ１は、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐと抵抗Ｒ１の抵抗値による時定数Ｃｐ＊Ｒ１で決定される（ｆ１∝１／２πＣｐ＊Ｒ１）。また、発振器３の発振周波数ｆ１は、スイッチ３ｂをＣＰＵ９の出力ポートＰ４から出力される制御信号でオン制御して抵抗Ｒ２を抵抗Ｒ１に並列接続して帰還抵抗値を小さくし、時定数をＣｐ＊Ｒ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）に切り替えることにより、切り替え前の発振周波数より高い周波数に変更することができる（ｆ１∝１／（２πＣｐ＊Ｒ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）））。抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２およびスイッチ３ｂの直列回路は、請求項における第１の感度切り替え手段の一部に相当する。

発振器４は、インバータ４ａと、インバータ４ａの入力端子および出力端子間に接続された抵抗Ｒ３と、インバータ４ａの入力端子に接続されたリファレンスセンサ２を含むＣＲマルチバイブレータ等のＣＲ発振器であり、その発振周波数ｆ２は、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒと抵抗Ｒ３の抵抗値による時定数Ｃｒ＊Ｒ３で決定される。

発振器３の発振出力は、ＡＮＤゲート５の一方の入力端子に入力され、発振器４の発振出力は、ＡＮＤゲート６の一方の入力端子に入力される。ＡＮＤゲート５および６の他方の入力端子には、ＣＰＵ９の出力ポートＰ３から出力される基準パルスが入力される。

ＡＮＤゲート５の出力端子は、カウンター７の入力端子に接続され、カウンター７の出力端子は、ＣＰＵ９の入力ポートＰ１に接続される。また、ＡＮＤゲート６の出力端子は、カウンター８の入力端子に接続され、カウンター８の出力端子は、ＣＰＵ９の入力ポートＰ２に接続される。発振器３は、請求項における容量−周波数変換手段に相当する。

次に、上述の構成を有する液面レベル検出装置の動作について、図４のフローチャートおよび図５の各部信号波形図を参照しながら説明する。動作開始時、まず、発振器３は、液面レベルの変動に伴うプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの変化に対応して変化する発振周波数ｆ１を有する発振出力としてパルス信号ＰＳ１をＡＮＤゲート５の一方の入力端子へ供給する。液面レベルが上がると静電容量Ｃｐの値が大きくなるため、発振器３の発振周波数ｆ１は下がる特性となる。また、発振器４は、測定すべき液体の比誘電率ε_r の変化に伴うリファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒの変化に対応して変化する発振周波数ｆ２を有する発振出力としてパルス信号ＳＰ５をＡＮＤゲート６一方の入力端子へ供給する。

そこで、ＣＰＵ９は、出力ポートＰ３よりＯＮ時間０．１秒のパルス信号ＰＳ３を出力し、ＡＮＤゲート５および６の他方の入力端子に入力する（ステップＳ１）。それにより、ＡＮＤゲート５はパルス信号ＰＳ１とパルス信号ＰＳ３の論理積演算を行い、ＡＮＤゲート５の出力端子から、パルス信号ＰＳ３のＯＮ時間（すなわち、ゲート時間（たとえば０．１秒））の間のみパルス信号ＰＳ１が通過したパルス信号ＰＳ４が出力され、カウンタ７に供給されると共に、ＡＮＤゲート６はパルス信号ＰＳ５とパルス信号ＰＳ３の論理積演算を行い、ＡＮＤゲート６の出力端子から、パルス信号ＰＳ３のＯＮ時間（０．１秒）の間のみパルス信号ＰＳ５が通過したパルス信号ＰＳ６が出力され、カウンタ８に供給される。

次に、カウンタ８のカウント動作がスタートされ（ステップＳ２）、カウンタ８に入力されたパルス信号ＰＳ６におけるＯＮ時間０．１秒の間のパルス数がカウントされ、そのカウント値がＯＮ時間０．１秒毎にＣＰＵ９に入力される（ステップＳ３）。ＣＰＵ９は、パルス数のカウント値を内部メモリ（図示しない）に読み込む。このパルス数のカウント値は、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒに対応する周波数値として（つまり、容量−周波数変換された値として）読み込まれる。

次に、ＣＰＵ９は、読み込んだパルス数のカウント値からリファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒの値を求め、求めた静電容量Ｃｒの値を上記の式（３）に代入する演算を行い、液体の比誘電率ε_r を計算する（ステップＳ４）。

次に、ＣＰＵ９は、計算した液体の比誘電率ε_r が、予め設定されＣＰＵ９の内部メモリに記憶されている比誘電率しきい値ε_TH（たとえば、ε_TH＝１０）を超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。この判定は、液面レベルを測定すべき液体の種類が変更された場合、その液体が有する比誘電率ε_r が変わるので、比誘電率しきい値ε_THと比較して行うものである。その答がＮｏならば、次いでＣＰＵ９は、出力ポートＰ４から制御信号を出力せず、スイッチ３ｂをオフに保つ（ステップＳ６）。それにより、発振器３の発振出力であるパルス信号ＰＳ１の周波数ｆ１は変わらず、ステップＳ１における周波数、すなわち時定数Ｃｐ＊Ｒ１で決まる周波数を維持する（ｆ１∝１／２πＣｐ＊Ｒ１）。

次に、カウンタ７のカウント動作がスタートされ（ステップＳ８）、カウンタ７に入力されたパルス信号ＰＳ４におけるＯＮ時間０．１秒の間のパルス数がカウントされ、そのカウント値がＯＮ時間０．１秒毎にＣＰＵ９に入力される（ステップＳ９）。ＣＰＵ９は、パルス数のカウント値を内部メモリ（図示しない）に読み込む。このパルス数のカウント値は、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐに対応する周波数値として（つまり、容量−周波数変換された値として）読み込まれる。

次に、ＣＰＵ９は、読み込んだパルス数のカウント値からプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの値を求め、求めた静電容量Ｃｐの値と上記ステップＳ４で求めた静電容量Ｃｒの値を上記の式（５）に代入する演算を行い、液体の液面レベルｘを計算する（ステップＳ１０）。それにより、計算された液面レベルは、図示しない表示部に表示される。次に、ＣＰＵ９は、各カウンタ７および８をリセットし（ステップＳ１１）、次いでステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ５の答がＹｅｓならば、すなわち、測定すべき液体の種類を変え、その液体の比誘電率ε_r が比誘電率しきい値ε_TH（たとえば、ε_TH＝１０）を上回ったならば、次いでＣＰＵ９は、出力ポートＰ４から制御信号を出力し、スイッチ３ｂをオフからオンになるように制御する。それにより、抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１に並列接続されて帰還抵抗値が小さくなり、発振器３の時定数がＣｐ＊Ｒ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）に切り替えられ、発振周波数ｆ１は、切り替えられた時定数によって決まる周波数に上がる（ｆ１∝１／（２πＣｐ＊Ｒ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）））（ステップＳ７）。すなわち、発振器３の発振出力として、切り替え前のパルス信号ＰＳ１より高い周波数を有するパルス信号ＰＳ２が、ＡＮＤゲート５の一方の入力端子に供給される。この場合、発振器３の発振周波数が上がるので、比誘電率ε_r が大きい液体でも、液面レベルの変化によるプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの変化に伴う発振周波数の変化の範囲が大きくならない。以下同様に、ステップＳ８〜Ｓ１０の作業が繰り返され、液体の液面レベルｘが計算され、図示しない表示部に表示される。

比誘電率しきい値ε_THを１０とした場合、測定すべき液体の比誘電率ε_r が１〜１０の範囲Ａ内にあれば、時定数の切り替えが行われず、比誘電率ε_r が１０〜１００の範囲Ｂ内にあれば、時定数の切り替えが行われる。

また、測定すべき液体の比誘電率ε_r が１〜１０の範囲Ａ内にある場合の発振周波数の変化範囲と、比誘電率ε_r が１０〜１００の場合の発振周波数の変化範囲が一致するように設定することができる。

たとえば、切り替え後の帰還抵抗値Ｒ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）を、切り替え前の帰還抵抗値（Ｒ１）に対して１／１０になるように設定すれば、比誘電率ε_r ＝１の液体の液面レベル検出時と比誘電率ε_r ＝１０の液体の同一の液面レベル検出時の発振器３の発振周波数ｆ１が同一になり、また液面レベルの変化による発振周波数の変化範囲も同一になる。

以上説明したように、この第１の実施形態によれば、液体の比誘電率が比誘電率しきい値より大きくなった場合は、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの容量−周波数変換の際の変換定数を切り替えているので（つまり、静電容量Ｃｐの検出感度を変化させるので）、液面レベルによる静電容量Ｃｐの変化量に対する発振器３の周波数変化を切り替え前と同程度とすることができ、それにより周波数分解能を高めることができる。したがって、比誘電率１〜１００の範囲の液体の液面レベルを、１つの検出装置で良好な精度で検出することができる。

（第２の実施形態）次に図６は、本発明の液面レベル検出装置の第２の実施形態を示すブロック図である。この第２の実施形態では、液面レベルｘの変動によるプライマリセンサ１の静電容量変化を位相の変化に変換し、位相を検出することにより液面レベルｘを検出する。また、液体の比誘電率を求め、非誘電率の大きい液体の液面検出時に、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの検出感度を切り替えている。

液面レベル検出装置は、プライマリセンサ１と、リファレンスセンサ２と、容量−位相変換回路１１および１２と、ＡＮＤゲート５および６と、カウンタ７および８と、ＣＰＵ９から構成される。容量−位相変換回路１１、ＡＮＤゲート５およびカウンター７は、請求項における第１の検出手段に相当し、容量−位相変換回路１２、ＡＮＤゲート６およびカウンター８は、請求項における第２の検出手段に相当する。

容量−位相変換回路１１は、インバータ１１ａと、インバータ１１ａの入力端子およびＣＰＵ９の出力ポートＰ５間に接続された抵抗Ｒ５と、抵抗５に並列接続された抵抗Ｒ６およびスイッチ１１ｃの直列回路と、インバータ１１ａの入力端子と接地間に接続されたプライマリセンサ１と、インバータ１１ａの出力端子に一方の入力端子が接続されかつ他方の入力端子がＣＰＵ９の出力ポートＰ５に接続されたＡＮＤゲート１１ｂを含む。容量−位相変換回路１１は、請求項における容量−位相変換手段に相当する。抵抗Ｒ５と、抵抗５に並列接続された抵抗Ｒ６およびスイッチ１１ｃの直列回路は、請求項における第１の感度切り替え手段の一部に相当する。

容量−位相変換回路１２は、インバータ１２ａと、インバータ１２ａの入力端子およびＣＰＵ９の出力ポートＰ５間に接続された抵抗Ｒ７と、インバータ１２ａの入力端子と接地間に接続されたリファレンスセンサ２と、インバータ１２ａの出力端子に一方の入力端子が接続されかつ他方の入力端子がＣＰＵ９の出力ポートＰ５に接続されたＡＮＤゲート１２ｂを含む。

容量−位相変換回路１１の出力は、ＡＮＤゲート５の一方の入力端子に入力され、容量−位相変換回路１２の出力は、ＡＮＤゲート６の一方の入力端子に入力される。ＡＮＤゲート５および６の他方の入力端子には、ＣＰＵ９の出力ポートＰ３から出力される基準パルスが入力される。

ＡＮＤゲート５の出力端子は、カウンター７の入力端子に接続され、カウンター７の出力端子は、ＣＰＵ９の入力ポートＰ１に接続される。また、ＡＮＤゲート６の出力端子は、カウンター８の入力端子に接続され、カウンター８の出力端子は、ＣＰＵ９の入力ポートＰ２に接続される。容量−位相変換回路１１、ＡＮＤゲート５およびカウンター７は、請求項における第１の検出手段に相当し、容量−位相変換回路１２、ＡＮＤゲート６およびカウンター８は、請求項における第２の検出手段に相当する。

次に、上述の構成を有する液面レベル検出装置の動作について、図７のフローチャートと図８および図９の各部信号波形図を参照しながら説明する。まず、ＣＰＵ９は、出力ポートＰ５よりパルス信号ＰＳ１１を出力すると共に、出力ポートＰ３よりパルス信号ＰＳ１１の所定倍、たとえば１００倍の周波数を有するパルス信号ＰＳ１５を出力する（ステップＳ２１）。パルス信号ＰＳ１１は、容量−位相変換回路１１の抵抗Ｒ５および容量−位相変換回路１２の抵抗Ｒ７と、ＡＮＤゲート１１ｂおよび１２ｂの一方の端子に供給される。パル信号ＰＳ１５は、ＡＮＤゲート５および６の一方の入力端子に供給される。

容量−位相変換回路１２において、パルス信号ＰＳ１１が印加されると、抵抗Ｒ７およびリファレンスセンサ２の接続点の電圧信号ＳＧ１は、パルス信号ＰＳ１１のＯＮ時間の間、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒおよび抵抗Ｒ７による時定数Ｃｒ＊Ｒ７で立ち上がる。そこで、インバータ１２ａは、電圧しきい値Ｖ_th1 までの電圧信号ＳＧ１の立ち上がりと電圧しきい値Ｖ_th2 までの立ち下がりを検出し、パルス信号ＰＳ１２に変換してＡＮＤゲート１２ｂの他方の入力端子に供給する。ＡＮＤゲート１２ｂは、パル信号ＰＳ１１とＰＳ１２の論理積演算を行い、パルス信号ＰＳ１３を出力して、ＡＮＤゲート６の他方の入力端子に供給する。ＡＮＤゲート６は、パルス信号ＰＳ１３とパルス信号ＰＳ１５の論理積演算を行い、その出力端子から、パルス信号ＰＳ１３のＯＮ時間（ゲート時間）Ｔ１の間のみパルス信号ＰＳ１５が通過したパルス信号ＰＳ１４が出力され、カウンタ８に供給される。

次に、カウンタ８のカウント動作がスタートされ（ステップＳ２２）、カウンタ８に入力されたパルス信号ＰＳ１４におけるパルス信号ＰＳ１３のＯＮ時間（ゲート時間）Ｔ１の間のパルス数がカウントされる。次に、そのカウント値がＯＮ時間（ゲート時間）Ｔ１毎に入力ポートＰ２よりＣＰＵ９に入力される（ステップＳ２３）。ＣＰＵ９は、パルス数のカウント値を内部メモリ（図示しない）に読み込む。このパルス数のカウント値は、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒに対応する位相を表す値として（つまり、容量−位相変換された値として）読み込まれる。

次に、ＣＰＵ９は、読み込んだパルス数のカウント値からリファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒの値を求め、求めた静電容量Ｃｒの値を上記の式（３）に代入する演算を行い、液体の比誘電率ε_r を計算する（ステップＳ２４）。

次に、ＣＰＵ９は、計算した液体の比誘電率ε_r が、予め設定されＣＰＵ９の内部メモリに記憶されている比誘電率しきい値ε_TH（たとえば、ε_TH＝１０）を超えているか否かを判定する（ステップＳ２５）。その答がＮｏならば、次いでＣＰＵ９は、出力ポートＰ４から制御信号を出力せず、スイッチ１１ｃをオフに保ち、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐへの充電電流を抵抗Ｒ５を介して供給することにより小さくし、それによりＡＮＤゲート５のゲート時間を短くする（ステップＳ２６）。

すなわち、容量−位相変換回路１１において、パルス信号ＰＳ１１が印加されると、抵抗Ｒ５およびプライマリセンサ１の接続点の電圧信号ＳＧ２は、パルス信号ＰＳ１１のＯＮ時間の間、液面レベルの変動に伴うプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐおよび抵抗Ｒ５による時定数Ｃｐ＊Ｒ５で立ち上がる。そこで、インバータ１１ａは、電圧しきい値Ｖ_th1 までの電圧信号ＳＧ２の立ち上がりと電圧しきい値Ｖ_th2 までの立ち下がりを検出し、パルス信号ＰＳ１６に変換してＡＮＤゲート１１ｂの他方の入力端子に供給する。ＡＮＤゲート１１ｂは、パルス信号ＰＳ１１とＰＳ１６の論理積演算を行い、パルス信号ＰＳ１７を出力して、ＡＮＤゲート５の他方の入力端子に供給する。ＡＮＤゲート５は、パルス信号ＰＳ１７とパルス信号ＰＳ１５の論理積演算を行い、その出力端子から、パルス信号ＰＳ１７のＯＮ時間（ゲート時間）Ｔ２の間のみパルス信号ＰＳ１５が通過したパルス信号ＰＳ１８が出力され、カウンタ７に供給される。

次に、カウンタ７のカウント動作がスタートされ（ステップＳ２８）、カウンタ７に入力されたパルス信号ＰＳ１８におけるパルス信号ＰＳ１７のＯＮ時間（ゲート時間）Ｔ２の間のパルス数がカウントされる。次に、そのカウント値がＯＮ時間（ゲート時間）Ｔ２毎に入力ポートＰ１よりＣＰＵ９に入力される（ステップＳ２９）。ＣＰＵ９は、パルス数のカウント値を内部メモリ（図示しない）に読み込む。このパルス数のカウント値は、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐに対応する位相を表す値として（つまり、容量−位相変換された値として）読み込まれる。液面レベルが上がると、パルス信号ＰＳ１７の位相が変化し、ゲート時間Ｔ２が短くなる。

次に、ＣＰＵ９は、読み込んだパルス数のカウント値からプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの値を求め、求めた静電容量Ｃｐの値と上記ステップＳ２４で求めた静電容量Ｃｒの値を上記の式（５）に代入する演算を行い、液体の液面レベルｘを計算する（ステップ３０）。それにより、計算された液面レベルは、図示しない表示部に表示される。次に、ＣＰＵ９は、各カウンタ７および８をリセットし（ステップＳ３１）、次いでステップＳ２１に戻る。

一方、ステップＳ２５の答がＹｅｓならば、すなわち、測定すべき液体の種類を変え、その液体の比誘電率ε_r が比誘電率しきい値ε_TH（たとえば、ε_TH＝１０）を上回ったならば、次いでＣＰＵ９は、出力ポートＰ４から制御信号を出力し、スイッチ１１ｂをオフからオンになるように制御し、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐへの充電電流を大きくし、それによりＡＮＤゲート５のゲート時間を長くする（ステップＳ２７）。

すなわち、容量−位相変換回路１１において、パルス信号ＰＳ１１が印加されると、抵抗Ｒ５およびプライマリセンサ１の接続点の電圧信号ＳＧ２は、図９において点線で示すように、パルス信号ＰＳ１１のＯＮ時間の間、静電容量Ｃｐと抵抗Ｒ５およびＲ６の並列抵抗値（Ｒ５＊Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６））による時定数Ｃｐ＊Ｒ５＊Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）でスイッチ１１ｂのオフ時より早く立ち上がる。そこで、インバータ１１ａは、電圧しきい値Ｖ_th1 までの電圧信号ＳＧ２の立ち上がりと電圧しきい値Ｖ_th2 までの立ち下がりを検出し、パルス信号ＰＳ１６に変換してＡＮＤゲート１１ｂの他方の入力端子に供給する。

このときのパルス信号ＰＳ１６は、図９に点線で示すようにスイッチ１１ｃオフ時よりも長いパルス幅となる。したがって、ＡＮＤゲート１１ｂから出力されるパルス信号ＰＳ１７のＯＮ時間（ゲート時間）も、スイッチ１１ｂオフ時のＯＮ時間（ゲート時間）Ｔ２より長いパルス幅Ｔ２′となる。それにより、比誘電率ε_r が大きい液体でも、液面レベルの変化によるプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの変化に伴う位相の変化の範囲が大きくならない。以下同様に、ステップＳ２８〜Ｓ３０の作業が繰り返され、液体の液面レベルｘが計算され、図示しない表示部に表示される。

比誘電率しきい値ε_THを１０とした場合、測定すべき液体の比誘電率ε_r が１〜１０の範囲Ａ内にあれば、容量−位相変換回路１１における時定数の切り替えが行われず、比誘電率ε_r が１０〜１００の範囲Ｂ内にあれば、時定数の切り替えが行われる。
また、測定すべき液体の比誘電率ε_r が１〜１０の範囲Ａ内にある場合の位相の変化範囲と、比誘電率ε_r が１０〜１００の場合の位相の変化範囲が一致するように設定することができる。

以上説明したように、この第２の実施形態によれば、液体の比誘電率が比誘電率しきい値より大きくなった場合は、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの容量−位相変換の際の変換定数を切り替えているので（つまり、静電容量Ｃｐの検出感度を変化させるので）、液面レベルによる静電容量Ｃｐの変化量に対する容量−位相変換回路１１の位相変化を切り替え前と同程度とすることができ、それにより周波数分解能を高めることができる。したがって、比誘電率１〜１００の範囲の液体の液面レベルを、１つの検出装置で良好な精度で検出することができる。

（第３の実施形態）次に図１０は、本発明の液面レベル検出装置の第３の実施形態を示すブロック図である。この第３の実施形態では、液面レベルｘの変動によるプライマリセンサの静電容量変化をインピーダンスの変化に変換し、インピーダンスを検出することにより液面レベルｘを検出する。また、液体の比誘電率を求め、非誘電率の大きい液体の液面検出時に、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの検出感度を切り替えている。

液面レベル検出装置は、プライマリセンサ１と、リファレンスセンサ２と、容量−インピーダンス変換回路１３および１４と、アナログ／デジタル変換回路（以下、ＡＤＣという）１５および１６と、ＣＰＵ９から構成される。容量−インピーダンス変換回路１３およびＡＤＣ１５は、請求項における第１の検出手段に相当し、容量−インピーダンス変換回路１４およびＡＤＣ１６は、請求項における第２の検出手段に相当する。

容量−インピーダンス変換回路１３は、アンプ１３ａと、アンプ１３ａの入力端子に接続された抵抗Ｒ８と、アンプ１３ａの入力端子と接地間に接続されたプライマリセンサ１と、アンプ１３ａの出力端子および接地間に接続された抵抗Ｒ９およびコンデンサＣ３の並列回路と、抵抗Ｒ８およびＣＰＵ９の出力ポートＰ６間に接続されたバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）１３ｂを含む。容量−インピーダンス変換回路１３は、請求項における容量−インピーダンス変換手段に相当する。ＢＰＦ１３ｂは、請求項における第１の感度切り替え手段の一部に相当する。

容量−インピーダンス変換回路１４は、アンプ１４ａと、アンプ１４ａの入力端子に接続された抵抗Ｒ１０と、アンプ１４ａの入力端子と接地間に接続されたリファレンスセンサ２と、アンプ１４ａの出力端子および接地間に接続された抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ４の並列回路と、抵抗Ｒ１０およびＣＰＵ９の出力ポートＰ７間に接続されたバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）１４ｂを含む。

容量−インピーダンス変換回路１３の出力は、ＡＤＣ１５に入力され、Ａ／Ｄ変換されてＣＰＵ９の入力ポートＰ１に供給される。また、容量−インピーダンス変換回路１４の出力は、ＡＤＣ１６に入力され、Ａ／Ｄ変換されてＣＰＵ９の入力ポートＰ２に供給される。

次に、上述の構成を有する液面レベル検出装置の動作について、図１１の各部信号波形図および図１２のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ＣＰＵ９は、出力ポートＰ７より周波数ｆのパルス信号ＰＳ２１を出力し（ステップＳ５１）、次に、ＢＰＦ１４ｂを通過させることによりパルス信号ＰＳ２１を正弦波（サイン波）信号ＳＧ１１に変換する（ステップＳ５２）。ＢＰＦ１４ｂは、たとえばアクティブフィルタ形式のＢＰＦからなり、その通過帯域は、周波数ｆを含む所定の周波数帯域に設定されている。サイン波信号ＳＧ１１は、容量−インピーダンス変換回路１４における抵抗Ｒ１０とリファレンスセンサ２の直列接続回路に供給される。

次に、抵抗Ｒ１０とリファレンスセンサ２の接続点（中点）より電圧信号ＳＧ１２がアンプ１４ａに入力される（ステップＳ５３）。この電圧信号ＳＧ１２は、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒが大きくなってそのインピーダンスが下がると、そのピーク・ピーク電圧Ｖｐ−ｐが下がる電圧信号である。

次に、電圧信号ＳＧ１２は、アンプ１４ａで増幅され（ステップＳ５４）、次に、抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ４の並列回路で平滑され、直流電圧信号ＳＧ１３に変換される（ステップＳ５５）。次に、この直流電圧信号ＳＧ１３は、ＡＤＣ１６でアナログ／デジタル変換され（ステップＳ５６）、次に、変換されたデジタル値が入力ポートＰ２よりＣＰＵ９に入力される（ステップＳ５７）。ＣＰＵ９は、入力されたデジタル値を内部メモリ（図示しない）に読み込む。このデジタル値は、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒに対応するインピーダンスを表す値として（つまり、容量−インピーダンス変換された値として）読み込まれる。

次に、ＣＰＵ９は、読み込んだデジタル値からリファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒの値を求め、求めた静電容量Ｃｒの値を上記式（３）に代入する演算を行い、液体の比誘電率ε_r を計算する（ステップＳ５８）。

次に、ＣＰＵ９は、計算した液体の比誘電率が、予め設定されＣＰＵ９の内部メモリに記憶されている比誘電率しきい値ε_TH（たとえば、ε_TH＝１０）を超えているか否かを判定する（ステップＳ５９）。その答がＮｏならば、次いでＣＰＵ９は、出力ポートＰ６から周波数ｆ×１０のパルス信号を出力し（ステップＳ６０）、次に、ＢＰＦ１３ｂを通過させることによりパルス信号ＰＳ２２を周波数ｆ×１０の正弦波（サイン波）信号ＳＧ２１に変換する（ステップＳ６２）。ＢＰＦ１３ｂは、たとえばアクティブフィルタ形式のＢＰＦからなり、その通過帯域はＣＰＵ９の出力ポートＰ８から出力される制御信号で変更することができる。現在は、ｆ×１０の周波数を含む所定の周波数帯域に設定されている。サイン波信号ＳＧ２１は、容量−インピーダンス変換回路１３における抵抗Ｒ８とプライマリセンサ１の直列接続回路に供給される。

次に、抵抗Ｒ８とプライマリセンサ１の接続点（中点）より電圧信号ＳＧ２２がアンプ１３ａに入力される（ステップＳ６３）。この電圧信号ＳＧ２２は、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐが大きくなってそのインピーダンスが下がると、そのピーク・ピーク電圧Ｖｐ−ｐが下がる電圧信号である。

次に、電圧信号ＳＧ２２は、アンプ１３ａで増幅され（ステップＳ６４）、次に、抵抗Ｒ９およびコンデンサＣ３の並列回路で平滑され、直流電圧信号ＳＧ２３に変換される（ステップＳ６５）。次に、この直流電圧信号ＳＧ２３は、ＡＤＣ１５でアナログ／デジタル変換され（ステップＳ６６）、次に、変換されたデジタル値が入力ポートＰ１よりＣＰＵ９に入力される（ステップＳ６７）。ＣＰＵ９は、入力されたデジタル値を内部メモリ（図示しない）に読み込む。このデジタル値は、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐに対応するインピーダンスを表す値として（つまり、容量−インピーダンス変換された値として）読み込まれる。

次に、ＣＰＵ９は、読み込んだデジタル値からプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの値を求め、求めた静電容量Ｃｐの値を上記式（５）に代入する演算を行い、液体の液面レベルｘを計算する（ステップＳ６８）。それにより、計算された液面レベルは、図示しない表示部に表示される。ステップＳ６８の実行後、処理はステップＳ５１に戻る。

一方、ステップＳ５９の答がＹｅｓならば、すなわち、測定すべき液体の種類を変え、その液体の比誘電率ε_r が比誘電率しきい値ε_TH（たとえば、ε_TH＝１０）を上回ったならば、次いでＣＰＵ９は、出力ポートＰ６から当初の１／１０の周波数、すなわち周波数ｆを有するパルス信号を出力する（ステップＳ６１）。このとき同時に、ＣＰＵ９は、出力ポートＰ８から制御信号を出力し、ＢＰＦ１３ｂの通過周波数帯域を周波数ｆを含む帯域に変更する。ＢＰＦ１３ｂを通過して周波数ｆの正弦波（サイン波）に変換された信号ＳＧ２１により、プライマリセンサ１のインピーダンスは高くなる。すなわち、プライマリセンサ１のインピーダンスは、当初の周波数ｆ×１０の正弦波（サイン波）信号が供給されていた時に比べて１０倍になる。それにより、比誘電率ε_r が大きい液体でも、液面レベルの変化によるプライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの変化に伴うインピーダンスの変化の範囲が大きくならない。以下同様に、ステップＳ６２〜Ｓ６８の作業が繰り返され、液体の液面レベルｘが計算され、図示しない表示部に表示される。

比誘電率しきい値ε_THを１０とした場合、測定すべき液体の比誘電率ε_r が１〜１０の範囲Ａ内にあれば、プライマリセンサ１のインピーダンス検出のためにＣＰＵ９の出力ポートから出力されるパルス信号の周波数切り替えが行われず、比誘電率ε_r が１０〜１００の範囲Ｂ内にあれば、周波数切り替えが行われる。

また、測定すべき液体の比誘電率ε_r が１〜１０の範囲Ａ内にある場合のインピーダンスの変化範囲と、比誘電率ε_r が１０〜１００の場合のインピーダンスの変化範囲が一致するように設定することができる。

以上説明したように、この第３の実施形態によれば、液体の比誘電率が比誘電率しきい値より大きくなった場合は、プライマリセンサ１のインピーダンス検出のためにＣＰＵ９の出力ポートから出力されるパルス信号の周波数切り替えが行われるので、つまり、プライマリセンサ１の静電容量Ｃｐの容量−インピーダンス変換の際の変換定数を切り替え、静電容量Ｃｐの検出感度を変化させるので、液面レベルによる静電容量Ｃｐの変化量に対する容量−インピーダンス変換を切り替え前と同程度とすることができ、それにより周波数分解能を高めることができる。したがって、比誘電率１〜１００の範囲の液体の液面レベルを、１つの検出装置で良好な精度で検出することができる。

（第４の実施形態）図１３は、本発明の液面レベル検出装置の第４の実施形態を示すブロック図である。この第４の実施形態では、液面レベルｘの変動によるプライマリセンサ１の静電容量変化をパルス（周波数）出力に変換し、パルスの周波数または周期を知ることにより、液面レベルｘを検出する。また、プライマリセンサ１の静電容量の検出感度とリファレンスセンサ２の静電容量変化の検出感度の両方を切り替えている。

図１３の液面レベル検出装置は、図３に示す第１の実施形態と同じ構成に加えて、発振器４において抵抗Ｒ３に並列接続された抵抗Ｒ４およびスイッチ４ｂの直列回路を含む構成となっている。この構成では、ＣＰＵ９は、請求項における第１および第２の感度切り替え手段の一部に相当する。また、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４およびスイッチ４ｂの直列回路は、請求項における第２の感度切り替え手段の一部に相当する。

次に、上述の構成を有する液面レベル検出装置の動作について説明する。この第４の実施形態の液面レベル検出装置の動作は、図３に示す第１の実施形態の液面レベル検出装置と同じ動作に加えて、以下のように動作する。

すなわち、測定すべき液体の種類を比誘電率が大きい液体に変えたことにより静電容量Ｃｒが容量しきい値を超えると、出力ポートＰ５より制御信号を出力し、スイッチ４ｂをオフからオンになるように制御する。それにより、抵抗Ｒ４が抵抗Ｒ３に並列接続され、発振器４の時定数がＣｒ＊Ｒ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）に切り替えられ、発振周波数ｆ２は切り替えられた時定数によって決まる周波数になる（ｆ２＝１／（２πＣｒ＊Ｒ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）））。それにより、リファレンスセンサ２の静電容量Ｃｒの検出感度が、比誘電率が大きい液体の液面レベル検出時に従来よりも高められる。

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、上述の実施形態においては、比誘電率しきい値を１０としているが、これに限らず、適宜他の値に変更することができる。

また、上述の実施形態においては、比誘電率の範囲を１〜１０と１０〜１００の２つに分けているが、これに限らず、２つ以上に分けても良く、２つ以上にすると精度がさらに高くなる。

液面レベルと静電容量式液面レベルセンサの静電容量の関係を示す図である。 本発明における液面レベル検出の原理を説明する模式図である。 本発明の液面レベル検出装置の第１の実施形態を示すブロック図である。（第１の実施形態） 図３の液面レベル検出装置の動作を示すフローチャートである。（第１の実施形態） 図３の液面レベル検出装置の各部信号波形図である。（第１の実施形態） 本発明の液面レベル検出装置の第２の実施形態を示すブロック図である。（第２の実施形態） 図６の液面レベル検出装置の動作を示すフローチャートである。（第２の実施形態） 図６の液面レベル検出装置の各部信号波形図である。（第２の実施形態） 図６の液面レベル検出装置の各部信号波形図である。（第２の実施形態） 本発明の液面レベル検出装置の第３の実施形態を示すブロック図である。（第３の実施形態） 図１０の液面レベル検出装置の各部信号波形図である。（第３の実施形態） 図１０の液面レベル検出装置の動作を示すフローチャートである。（第３の実施形態） 本発明の液面レベル検出装置の第４の実施形態を示すブロック図である。（第４の実施形態）

符号の説明

１ プライマリセンサ（静電容量式液面レベルセンサの一部）
２ リファレンスセンサ（静電容量式液面レベルセンサの一部）
３ 発振器（容量−周波数変換手段）
３ｂ スイッチ（第１の感度切り替え手段の一部）
４ 発振器
４ｂ スイッチ（第２の感度切り替え手段の一部）
５ ＡＮＤゲート
７ カウンタ
９ ＣＰＵ（演算手段、第１および第２の感度切り替え手段の一部）
１１ 容量−位相変換回路（容量−位相返還手段）
１１ｃ スイッチ（第１の感度切り替え手段の一部）
１３ 容量−インピーダンス変換回路（容量−インピーダンス変換手段）
１３ｂ ＢＰＦ（第１の感度切り替え手段の一部）
Ｒ１ 抵抗（第１の感度切り替え手段の一部）
Ｒ２ 抵抗（第１の感度切り替え手段の一部）
Ｒ３ 抵抗（第２の感度切り替え手段の一部）
Ｒ４ 抵抗（第２の感度切り替え手段の一部）
Ｒ５ 抵抗（第１の感度切り替え手段の一部）
Ｒ６ 抵抗（第１の感度切り替え手段の一部）

Claims (5)

1. 液体の液面レベル検出用のプライマリセンサおよび前記液体の比誘電率検出用のリファレンスセンサを備えた静電容量式液面レベルセンサと、
   前記液面レベルの変動に応じて変化する前記プライマリセンサの静電容量を検出する第１の検出手段と、
   前記液体の種類に起因する比誘電率の変化に応じて変化する前記リファレンスセンサの静電容量を検出する第２の検出手段と、
   前記第２の検出手段で検出された前記リファレンスセンサの静電容量に基づいて、前記液体の比誘電率を演算する第１の演算手段と、
   前記第１および第２の検出手段の検出出力に基づいて前記液面レベルを演算する第２の演算手段と、
   前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記第１の検出手段における検出感度を切り替える第１の感度切り替え手段と
   を備えたことを特徴とする液面レベル検出装置。
2. 請求項１記載の液面レベル検出装置において、
   第１の検出手段は、前記プライマリセンサの静電容量を周波数に変換する容量−周波数変換手段を含み、
   前記第１の感度切り替え手段は、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記容量−周波数変換手段の変換定数を変更する
   ことを特徴とする液面レベル検出装置。
3. 請求項１記載の液面レベル検出装置において、
   第１の検出手段は、前記プライマリセンサの静電容量を位相に変換する容量−位相変換手段を含み、
   前記第１の感度切り替え手段は、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記容量−位相変換手段の変換定数を変更する
   ことを特徴とする液面レベル検出装置。
4. 請求項１記載の液面レベル検出装置において、
   第１の検出手段は、前記プライマリセンサの静電容量をインピーダンスに変換する容量−インピーダンス変換手段を含み、
   前記第１の感度切り替え手段は、前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記容量−インピーダンス変換手段の変換定数を変更する
   ことを特徴とする液面レベル検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液面レベル検出装置において、
   前記第１の演算手段で演算された前記比誘電率が予め設定された比誘電率しきい値を超えた場合に、前記第２の検出手段における検出感度を切り替える第２の感度切り替え手段をさらに備えたことを特徴とする液面レベル検出装置。

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