JP5690641B2 - 液面レベルセンサ及びそれを有する液面レベル検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体タンクに収容された液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサ、及び、この液面レベルセンサを有する液面レベル検出装置に関するものである。

車両に搭載される燃料タンクには、その内部の燃料の液面レベル（即ち、液面高さであり、液位ともいう）を測定する液面レベルセンサが設けられており、この液面レベルセンサによって測定された液面レベル出力に基づいて燃料タンク内の燃料残量が検出される。このような液面レベルセンサとして、摺動抵抗式のものがある。摺動抵抗式の液面レベルセンサは、例えば、燃料タンクの内側に配設され、液面に浮かべられるフロート（浮き子）と、このフロートを上下揺動可能に支持するフロートアームと、フロートアームの揺動角度に応じて抵抗値が変化する摺動抵抗としてのセンダ抵抗と、を有して構成されている。そして、燃料タンクの外側には、上記液面レベルセンサとリード線などで電気的に接続された制御装置が設けられており、この制御装置は、上記液面レベルセンサの抵抗値の変化に基づいて、燃料タンク内の燃料の液面レベルを検出し、そして、この検出した液面レベルから燃料タンク内の燃料の残量を求めていた。

しかしながら、例えば、液化石油ガスなどの高圧となる燃料を収容する燃料タンクにおいては、気密性を確保することが重要であるところ、上述した摺動抵抗式の液面レベルセンサのように、燃料タンク内の液面レベルセンサと燃料タンク外の制御装置等とをリード線で接続するものである場合、燃料タンクの壁部にリード線を通すための貫通孔を設ける必要があるので、複雑な構造となり十分な気密性を確保することが困難であった。そして、このような問題を解決する技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載された物体検知装置８００は、図９、図１０に示すように、センサ部８０１と、このセンサ部８０１に伝送路８０４を介して高周波信号を伝送する発振部８０２と、センサ部８０１に供給された高周波信号がセンサ部８０１で反射されて発振部８０２側に戻る反射信号を検出する反射波センサ８０３と、から構成されている。

この物体検知装置８００では、発振部８０２より伝送路８０４を介してセンサ部８０１に高周波信号が供給される。そして、共振回路の共振周波数が発振部８０２の周波数と一致するように設定されており、センサ部８０１近傍に物体が存在しない（即ち、空気のみ）ときに、センサ部８０１のインピーダンスと伝送路８０４のインピーダンスの整合が取れるように調整されている。

これにより、センサ部８０１近傍に物体が存在しないと、発振部８０２より送られてきた高周波信号の反射が０になり、反射波センサ８０３からの出力が０となるので、「物体無し」を検知できる。また、センサ部８０１近傍に物体が存在すると、空気とその物体の透磁率の相違からセンサ部８０１は磁気的影響を受けてインピーダンスが変化し、そして、センサ部８０１のインピーダンスが整合インピーダンスから大きくずれると、反射信号も大となり、この反射信号が反射波センサ８０３で検出され、反射波すなわちインピーダンスの変化に応じたアナログ信号が出力されるので、「物体有り」検知することができる。そして、このような物体検知装置８００を応用することにより、燃料タンクに貫通孔を設けることなく、燃料タンクの外側からその内側の燃料の液面レベルを検出することができた。

特開平９−４３００７号公報

しかしながら、上述した物体検知装置８００では、図１０の構成から判るように、燃料タンク内の燃料の液面レベルが所定レベル以上か否かという検出はできるものの、燃料の液面レベルを詳細且つ正確に検出することができないという問題があった。

本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、液体タンクの気密性を確保しつつ、液体タンク内の液体の液面レベルを詳細且つ正確に測定できる液面レベルセンサ、及び、この液面レベルセンサを有す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。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、液体タンクに収容された液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、前記液体タンク外に配設された、第１コイルを有する、第１回路と、前記液体タンク内に配設された、当該第１コイルと磁気的に結合するように配置された第２コイルと、前記第２コイルと閉路を構成するように接続された静電容量体と、前記静電容量体と並列接続された並列共振コイルと、を有する第２回路と、を有し、前記静電容量体が、互いに近接して対向配置された一対の電極で構成されるとともに、前記液体タンク内の液体の液面レベルに応じて前記一対の電極の全体のうち前記液体に浸かる部分の割合が変化するように前記液体タンク内に配置されていることを特徴とする液面レベルセンサである。
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記並列共振コイルが、前記液体タンクの下壁部に配置されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記一対の電極のそれぞれが、絶縁材料で覆われていることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載された発明において、前記一対の電極が、絶縁基材上に互いに噛み合う櫛歯状に形成された配線パターンで構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明は、上記目的を達成するために、液体タンクに収容された液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置であって、請求項１〜４のいずれか一項に記載された液面レベルセンサと、前記液面レベルセンサの第１コイルの一方の端子に接続された、交流信号を出力する、交流信号発生部と、前記液面レベルセンサの第１コイルの他方の端子に接続された、当該他方の端子の信号に基づいて前記液面レベルを検出する、液面レベル検出部と、を有していることを特徴とする液面レベル検出装置である。

請求項１に記載された発明によれば、液体タンク内に配設された第２回路の第２コイルが、液体タンク外に配設された第１回路の第１コイルと磁気的に結合するように配置されている。また、第２コイルと閉路を構成するように接続された静電容量体が、互いに近接して対向配置された一対の電極で構成されるとともに、液体タンク内の液体の液面レベルに応じて上記一対の電極の全体のうち前記液体に浸かる部分の割合が変化するように液体タンク内に配置されているので、液体タンク内の空気等と液体との誘電率が異なることにより液面レベルに応じて一対の電極間の静電容量が変化し、そのため、第２回路の共振周波数が変化する。即ち、液体タンク外の第１回路と液体タンク内の第２回路とが磁気的に結合されているので、第１回路から第２回路に交流信号が伝達され、第２回路から第１回路に当該交流信号の反射信号が伝達され、そのため、液体タンクに貫通孔を設けることなく第１回路と第２回路との間で信号を伝達することができる。そして、液体タンク内の液体の液面レベルに応じて第２回路の共振周波数が変化するので、第２回路から第１回路へ戻る反射信号の大きさが変化し、そのため、第１回路における共振周波数のずれが生じてインピーダンスが変化する。

請求項３に記載された発明によれば、静電容量体を構成する一対の電極のそれぞれが、絶縁材料で覆われているので、液体タンク内の液体が導電性を有する場合に、当該液体を通じて各電極間に電流が流れることを防止できる。

請求項４に記載された発明によれば、静電容量体を構成する一対の電極が、絶縁基材上に互いに噛み合う櫛歯状に形成された配線パターンで構成されているので、直線状に形成された配線パターンに比べて電極長を長くできる。

請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載された液面レベルセンサを有し、この液面レベルセンサに交流信号を入力するとともに、液面レベルセンサから出力された信号に基づいて液面レベルを検出する。

請求項１に記載された発明によれば、液体タンクに貫通孔を設けることなく第１回路と第２回路との間で信号を伝達することができるので、液体タンクの気密性を確保できる。また、液体タンク内の液体の液面レベルに応じて第１回路のインピーダンスが変化するので、このインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。

請求項３に記載された発明によれば、液体タンク内の液体が導電性を有する場合に、当該液体を通じて各電極間に電流が流れることを防止できるので、導電性を有する液体の液面レベルを測定することができる。

請求項４に記載された発明によれば、直線状に形成された配線パターンに比べて電極長を長くできるので、静電容量体における液面レベルあたりの静電容量を増やすことができ、そのため、液面レベルの変化に対する静電容量の変化を大きくすることができ、液面レベルをより正確に測定できる。

請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載された液面レベルセンサを有し、この液面レベルセンサに交流信号を入力するとともに、液面レベルセンサから出力された信号に基づいて液面レベルを検出するので、液面レベルセンサのインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。

本発明の液面レベル検出装置の一実施形態の構成を示す図である。 図１の液面レベル検出装置の回路構成を示す図である。 （ａ）は、図１の液面レベルセンサの静電容量体の一対の電極の構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、当該一対の電極の構成の他の一例を示す図である。 図１の液面レベルセンサの静電容量体の静電容量変化に対する第１回路のインピーダンスの変化を説明する図である。 図１の交流信号発生部の出力する交流電圧信号の一例を示すグラフである。 図１の液面レベルセンサの出力する信号の一例を示すグラフである。 図１の液面レベル検出部の整流回路の出力する直流電圧信号の一例を示すグラフである。 液面レベルセンサの静電容量体の静電容量値、液面レベルセンサに入力される交流電圧信号の周波数、及び、第１回路の通過特性、の関係の一例を示すグラフである。 従来の物体検知装置の回路構成を示す図である。 図９の物体検知装置により液面レベルを検出する構成の一例を示す図である。

以下、本発明の液面レベル検出装置の一実施形態を、図１〜図８を参照して説明する。

車両には、図１に示すような液体タンクとしての燃料タンク６が搭載されている。この燃料タンク６は、例えば、ステンレスなどの剛性及び耐腐食性の高い材料を用いて構成されており、本実施形態において、燃料タンク６は略直方体状の箱形に形成されており、上壁部６ａに円形の開口部６ｂが設けられている。燃料タンク６には、気密を確保して密閉するように当該開口部６ｂを塞ぐ円板形状のフランジ７が設けられている。

このフランジ７は、例えば、ポリフェニレンスルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）等の剛性及び耐薬品性に優れる非導電性の合成樹脂等を用いて構成されている。即ち、フランジ７は、燃料タンク６の非導電性壁部を構成する。フランジ７の上面７ａ及び下面７ｂの中央部分のそれぞれには、後述する第１回路１０の第１コイル１１及び第２回路２０の第２コイル２１が、互いに磁気結合するように平行に向き合って配置される。フランジ７を樹脂材料で構成する場合、クリープの問題や、パッキン部の平滑性が悪く気密性に問題が生じる可能性があるため、例えば、第１コイル１１及び第２コイル２１の間に挟まれる部分のみを樹脂材料とし、それ以外の部分を金属材料として、金属材料と樹脂材料とを複合させてフランジ７を構成してもよい。

この燃料タンク６には、液体状の燃料Ｆが収容されている。そして、車両には、この燃料タンク６とともに、燃料Ｆの液面レベルを検出する液面レベル検出装置１が搭載されている。

液面レベル検出装置１は、図１、図２に示すように、液面レベルセンサ８と、交流信号発生部４０と、液面レベル検出部５０と、を有している。

液面レベルセンサ８は、燃料タンク６の外側に配設された第１回路１０と、燃料タンク６の内側に配設された第２回路２０と、を有している。

第１回路１０は、第１コイル１１と、この第１コイル１１に並列に接続されたインピーダンス整合用コンデンサ１２と、を有している。第１コイル１１は、プリント基板（ＰＣＢ）上に形成された平型渦巻き状の配線パターンで構成されており、上述したフランジ７の上面７ａに密に重ねて固定されている。インピーダンス整合用コンデンサ１２は、例えば、表面実装タイプの積層セラミックコンデンサなどで構成されており、上記ＰＣＢ上に実装されている。インピーダンス整合用コンデンサ１２は、第１コイル１１及び後述する第２回路２０とともに、交流信号発生部４０の出力インピーダンスと、燃料タンク６の燃料Ｆの液面レベルが０のときの液面レベルセンサ８の入力インピーダンスと、が整合するようにその値が決定される。また、このようなインピーダンス整合用コンデンサ１２を設けることにより、任意の入力周波数に対して、第１回路と第２回路とのインピーダンスを整合することができるので、第１コイル１１と第２回路２０の第２コイル２１との伝送効率を高めることができ、これらコイルを小型化することができる。

第２回路２０は、絶縁基材としての可塑性を有するプラスチックからなる１枚の支持部材３１上に敷設された配線パターンによりそれぞれ一体に構成された、第２コイル２１と、この第２コイル２１と閉路を構成するように接続された静電容量体２２と、静電容量体２２と並列に接続された並列共振コイル２３と、を有している。これら第２コイル２１、静電容量体２２及び並列共振コイル２３は、燃料Ｆに対して絶縁されるように、支持部材３１と絶縁材料としての樹脂フィルム３３との間に挟み込まれている。

第２コイル２１は、支持部材３１上に形成された平型渦巻き状の配線パターンで構成されており、第１コイル１１と互いの中心が一致するように、上述したフランジ７の下面７ｂに密に重ねて固定されている。これにより、第１コイル１１と第２コイル２１とがフランジ７を間に挟んで互いに対向配置され、第２コイル２１は、第１コイル１１と磁気的に結合される。つまり、第１コイル１１と第２コイル２１とを非導電性のフランジ７の両面に設置することによって、互いの間で信号の伝送を可能としつつ燃料タンク６内外を物理的に隔離するので、リード線の取り出しのための複雑な構造が必要なく、燃料タンク６の気密性を損なうことがない。また、第１コイル１１と第２コイル２１とに挟まれるフランジ７の部分は、これらの磁気結合効率を高めるために、耐圧を確保できる範囲で極力薄肉化することが望ましい。

静電容量体２２は、電荷を蓄えられるように支持部材３１上に互いに近接して対向配置されるとともに噛み合って形成された櫛歯状の配線パターンからなる一対の電極３２で構成されている。静電容量体２２は、一対の電極３２の全長が燃料タンク６の高さと略同一に形成されているとともに、一対の電極３２の全長方向（図３（ａ）の上下方向）が、燃料タンク６の高さ方向と平行になるように、燃料タンク６の一の側壁部６ｃとの間に一対の電極３２が影響を受けない（即ち、燃料タンク６により電界が変化しない）程度の距離をあけて固定されている。これにより、例えば、燃料タンク６内の液面レベルが０％（燃料Ｆ無し）のとき、一対の電極３２の全体のうち燃料Ｆに浸かる部分の割合は０％となり、液面レベルが３０％のとき、一対の電極３２の全体のうち燃料Ｆに浸かる部分の割合は３０％となり、液面レベルが１００％のとき、一対の電極３２の全体のうち燃料Ｆに浸かる部分の割合は１００％となり、つまり、液面レベルに応じて一対の電極３２間に浸入する燃料Ｆの量が変化し、燃料タンク６内の空気や気化した燃料Ｆなど（以下、空気等という）と液体状の燃料Ｆとの誘電率が異なるため、静電容量体２２の静電容量値が変化する。

一対の電極３２の構成の一例を図３（ａ）に示す。勿論、一対の電極３２は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、図３（ｂ）に示すように、支持部材３１上に互いに近接して平行に形成された直線状の配線パターンでもよい。但し、櫛歯状の配線パターンの方が、実質的に電極の長さが長くなり、液面レベルの変化に対して静電容量の変化を大きくすることができる。また、これら構成以外にも、互いに対向配置された平行板や二重円筒形など、互いに近接して配置されて電荷を蓄積できる形状で且つ燃料タンク６内の燃料Ｆの液面レベルに応じて一対の電極３２の全体のうち燃料Ｆに浸かる部分の割合が変化するように燃料タンク６内に配置されるものであればよい。

並列共振コイル２３は、第２コイル２１と同様に支持部材３１上に形成された平型渦巻き状の配線パターンで構成されており、燃料タンク６の下壁部６ｄとの間に並列共振コイル２３が影響を受けない（即ち、燃料タンク６により特性が変化しない）程度の距離をあけて固定されている。並列共振コイル２３は、上述した第１コイル１１、第２コイル２１と磁気結合しないように配置する必要があり、本実施形態のように、磁気結合しない程度に距離をあけて配置したり、又は、これら第１コイル１１、第２コイル２１と中心軸が直交するように配置したりする。また、並列共振コイル２３を燃料タンク６の下壁部６ｄに配置することで、燃料タンク６内の燃料Ｆが空にならない限り並列共振コイル２３周辺の誘電率が変化しないため、並列共振コイル２３の配置場所によるインダクタンス変化の影響を少なくすることができる。また、静電容量体２２と並列共振コイル２３とにより第２回路２０において並列共振回路を構成することで、静電容量体２２の静電容量値の変化、即ち、液面レベルに対する第２回路２０のインピーダンスの変化がなだらかになり、例えば、インピーダンスの変化が急峻な直列共振回路に比べて、幅広い静電容量値の変化、即ち、液面レベルの変化を測定できる。また、並列共振コイル２３のインダクタンスを調整することで第２回路２０の共振周波数の調整が可能となる。並列共振コイル２３は、上述した配線パターン以外にも、例えば、表面実装タイプのマイクロインダクタなどで構成しても良い。なお、並列共振コイル２３を設けない構成でもよい。

第２コイル２１、静電容量体２２（一対の電極３２）、及び、並列共振コイル２３は、例えば、金属メッキやスパッタリングなどにより支持部材３１上に直接パターニングしたり、打ち抜きやエッチング等でパターニングした金属箔を支持部材３１上に貼り付けたりして、それぞれが一体形成される。このようにすることで、部品点数を少なくしてコストを低く抑えるとともに構成を簡素化できる。勿論、第２コイル２１、静電容量体２２（一対の電極３２）、及び、並列共振コイル２３をそれぞれ別個の部品で構成してもよい。

第２回路２０を、上述した可塑性を有するプラスチックからなる支持部材３１上又はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）上に形成することによって、燃料タンク６が複雑な形状の場合でも、その形状に沿わせて設置できる。支持部材３１を構成するプラスチックは燃料Ｆに対して耐性（耐薬品性など）を有する材料のものを使用すればよい。また、第２コイル２１、静電容量体２２（一対の電極３２）、及び、並列共振コイル２３についても、上記樹脂フィルム３３を設けずにこれらが燃料Ｆに直接触れる構成の場合は、燃料Ｆの性質に合わせて銅の他にニッケルやＳＵＳ等の金属薄を用いるなどすることで、腐食性の高い燃料Ｆ中でも使用できる。

上述した液面レベルセンサ８は、燃料タンク６内に配設されたＬＣ共振回路を構成する第２回路２０が有する静電容量体２２の静電容量値（Ｃ２）が液面レベルに応じて変化し、これに伴い共振周波数が変化することを利用した液面レベルセンサであり、その変化を燃料タンク６外に配設されたＬＣ共振回路を構成する第１回路１０によって検出する方式である。第２回路２０の共振周波数が液面レベルに応じて変化することによって、燃料タンク６内の第２コイル２１から第１コイル１１への反射波の大きさが変化するため、反射波の大きさに応じて共振周波数のずれに伴うインピーダンスの変化が起こる。共振周波数はｆ＝１／（２π√ＬＣ）で示され、並列共振回路の場合には共振点でインピーダンスが最大となる。

例えば、燃料タンク６外の第１回路１０には共振周波数付近のインピーダンスが大きくなるような一定入力周波数の交流電圧信号を供給する。燃料タンク６内のＬＣ共振回路を構成する第２回路２０の静電容量体２２は液面レベルによって静電容量値（Ｃ２）が変化するために第２回路２０のインピーダンスが変化する。そして、第１回路１０の第１コイル１１と第２回路２０の第２コイル２１とは磁気結合しているので、第１回路１０に供給された交流電圧信号が第２回路２０に伝達され、そして、これら回路のインピーダンスマッチングのずれによって第２回路２０から第１回路１０へ反射波が生じ、燃料タンク６外の第１回路１０にも共振周波数のずれが生じてインピーダンスが変化する。反射波の大きさは第２回路２０の静電容量体２２の静電容量値（Ｃ２）の大きさによって変化するため、第１回路１０のインピーダンス変化の大きさを電圧として読み取ることで液面レベルが検出できる。

図４に第１回路１０のインピーダンス特性を示す。Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃは第２回路２０の静電容量体２２の静電容量値（Ｃ２）であり、この静電容量値（Ｃ２）がそれぞれＣａ＜Ｃｂ＜Ｃｃの関係で変動したときのインピーダンス特性の変化である。このときある一定の周波数（ｆ０）で燃料タンク６内の静電容量値（Ｃ２）がＣａのときに第１回路１０のインピーダンスを最大になるようにした場合、第２回路２０とのマッチングが良い（インピーダンス整合がとれている）ため、反射波が小さくインピーダンスはＺａとなる。そして、静電容量値（Ｃ２）がＣｂへと変化したときに反射波が生じインピーダンスはＺｂとなり、さらに静電容量値（Ｃ２）がＣｃへ変化した場合インピーダンスはＺｃとなり連続的にインピーダンスの減少が起こる。これにより、液面レベルセンサ８に、一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を入力することで、第１回路１０のインピーダンス、即ち、液面レベルに応じた振幅の交流電圧信号が液面レベルセンサ８から出力されるので、液面レベルセンサ８の出力電圧に基づいて液面レベルを検出する。

交流信号発生部４０は、例えば、ＬＣ共振回路、水晶発振器、又は、ＰＬＬ回路などで生成された一定周波数の交流電圧信号を、オペアンプなどの増幅器によって一定の振幅に増幅して出力するように構成されている。交流信号発生部４０は、液面レベルセンサ８の第１回路１０が有する第１コイル１１の一端に接続されており、一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を液面レベルセンサ８に向けて出力する。

液面レベル検出部５０は、例えば、ダイオード５１及びコンデンサ５２で構成され、液面レベルセンサ８により出力された信号を直流電圧信号に整流する整流回路５３と、マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）５４と、を有している。

ＭＰＵ５４は、それぞれ図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、データメモリ、外部インタフェースなどを備えている。

ＣＰＵは、液面レベル検出装置１における各種制御を司り、ＲＯＭに記憶されている各種制御プログラムにしたがって本実施形態に係る制御を含む各種の処理を実行する。ＲＯＭは、前記制御プログラムやこの制御プログラムに参照されるパラメータなどの各種情報を記憶している。特に、ＲＯＭは、ＣＰＵを、液面レベル検出手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムを記憶している。そして、ＣＰＵは、この制御プログラムを実行することで前述した各種手段として機能する。ＲＡＭは、ＣＰＵが各種の処理を実行する上において必要なデータ、プログラム等が適宜記憶される。データメモリは、例えば、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリなどの電源断となってもデータを保持できる不揮発性のメモリで構成されている。このデータメモリには、パラメータ等の各種情報が記憶されている。特に、このデータメモリには、整流回路５３からの直流電圧信号と燃料タンク６内の燃料Ｆの液面レベルとの関係を示すデータテーブルが記憶されている。外部インタフェースは、整流回路５３からの直流電圧信号が入力されるアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）を備えており、このアナログ−デジタル変換器によってアナログ値からデジタル値に変換された直流電圧信号（即ち、電圧値）がＣＰＵに送られる。また、外部インタフェースは、燃料計を備えたコンビネーションメータ装置等の他の電子機器（ＥＣＵ）と通信可能なように図示しない車両ネットワークに接続されている。

交流信号発生部４０は一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ８に出力する。液面レベルセンサ８は、燃料タンク６内の燃料Ｆの液面レベルに応じたインピーダンスとなっており、このインピーダンスに応じて交流電圧信号から振幅が変化した信号が液面レベルセンサ８から出力される。そして、液面レベルセンサ８により出力された信号が整流回路５３で直流電圧信号に整流されて、この直流電圧信号がＡ／Ｄコンバータを通じてＣＰＵに送られると、ＣＰＵは、この直流電圧信号の電圧値をデータメモリに記憶されている上記データテーブルに当てはめて、燃料タンク６の液面レベルを取得する。そして、ＣＰＵは、この液面レベルから燃料タンク６内の燃料Ｆの残量を算出するとともにこの残量を示す情報を生成して、外部インタフェースを通じてメータ装置に送信する。メータ装置では、この残量を示す情報に基づいて、燃料計に燃料の残量を表示する。

次に、上述した液面レベル検出装置１の本発明に係る動作（作用）の一例について、図５〜図７を参照して説明する。図５は、交流信号発生部４０の出力する交流電圧信号の波形の一例を示す。図６は、液面レベルセンサ８の出力する信号の波形の一例を示す。図７は、液面レベル検出部５０の整流回路５３の出力する直流電圧信号の波形の一例を示す。

交流信号発生部４０において、図５に示すような一定周波数（１５ＭＨｚ）で且つ一定振幅５Ｖ_P-P（−２．５Ｖ〜＋２．５Ｖ）の交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ８に入力する。液面レベルセンサ８において、第２回路２０が有する静電容量体２２における液面レベルの変化による静電容量値（Ｃ２）の変化範囲を１０ｐＦ〜２００ｐＦとし、１０ｐＦのときは液面レベル０％（燃料Ｆが０）、２００ｐＦのときは液面レベル１００％（燃料Ｆが満量）となるように一対の電極３２を構成する。このとき、１０ｐＦのときに第２回路２０から第１回路１０への反射波が最小となるように調整しておくと、図６に示すように、液面レベルが最低（静電容量値（Ｃ２）が１０ｐＦ）のとき第１回路１０のインピーダンスが最大となって液面レベルセンサ８の出力する信号の振幅が最小になり、さらに、液面レベルが上昇して静電容量値が大きくなると液面レベルセンサ８の出力する信号の振幅が大きくなり、液面レベルが最高（静電容量値（Ｃ２）が２００ｐＦ）のとき第１回路１０のインピーダンスが最小となって液面レベルセンサ８の出力する信号の振幅が最大になる。そして、液面レベルセンサ８によって出力された信号が液面レベル検出部５０の整流回路５３を通過すると、図７に示すように直流電圧信号に整流されて、この直流電圧信号がＭＰＵに入力されると、ＣＰＵによってこの直流電圧信号の電圧値に応じた液面レベルが検出される。

なお、静電容量体２２の静電容量値の変化に対する第１回路１０のインピーダンスの変化（即ち、液面レベルセンサ８の出力する信号の変化）の仕方は第１コイル１１及び第２コイル２１のインダクタンスやこれらコイルの結合係数、また、並列共振コイル２３のインダクタンスによって任意に変更することができる。

以上より、本実施形態によれば、燃料タンク６内に配設された第２回路２０の第２コイル２１が、燃料タンク６外に配設された第１回路１０の第１コイル１１との間に燃料タンク６の開口部６ｂを密閉するフランジ７を挟んで当該第１コイル１１と対向配置されているので、第２コイル２１は第１コイル１１と磁気的に結合するように配置されている。また、第２コイル２１と閉路を構成するように接続された静電容量体２２が、互いに近接して対向配置された一対の電極３２で構成されるとともに、燃料タンク６内の燃料Ｆの液面レベルに応じて上記一対の電極３２の全体のうち燃料Ｆに浸かる部分の割合が変化するように燃料タンク６内に配置されているので、燃料タンク６内の空気等と燃料Ｆとの誘電率が異なることにより液面レベルに応じて一対の電極３２間（即ち、静電容量体２２）の静電容量値が変化し、そのため、第２回路２０の共振周波数が変化する。

即ち、燃料タンク６外の第１回路１０と燃料タンク６内の第２回路２０とが磁気的に結合されているので、第１回路１０から第２回路２０に交流電圧信号が伝達され、第２回路２０から第１回路１０に当該交流電圧信号の反射信号が伝達され、そのため、液体タンクに貫通孔を設けることなく第１回路１０と第２回路２０との間で信号を伝達することができ、燃料タンク６の気密性を確保できる。また、燃料タンク６内の燃料Ｆの液面レベルに応じて第２回路２０の共振周波数が変化するので、第２回路２０から第１回路１０へ戻る反射信号（反射波）の大きさが変化し、そのため、第１回路１０における共振周波数のずれが生じてインピーダンスが変化する。即ち、燃料タンク６内の燃料Ｆの液面レベルに応じて第１回路１０のインピーダンスが変化するので、このインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。

また、静電容量体２２を構成する一対の電極３２のそれぞれが、燃料Ｆに対して絶縁されるように、絶縁材料である支持部材３１及び樹脂フィルムの間に挟み込まれて覆われているので、燃料タンク６内の燃料Ｆが導電性を有する場合に、当該燃料Ｆを通じて各電極３２間に電流が流れることを防止でき、そのため、導電性を有する燃料Ｆの液面レベルを測定することができる。

また、静電容量体２２を構成する一対の電極３２が、支持部材３１上に互いに噛み合う櫛歯状に形成された配線パターンで構成されているので、直線状に形成された配線パターンに比べて電極長を長くでき、そのため、静電容量体２２における液面レベルあたりの静電容量を増やすことができ、そのため、液面レベルの変化に対する静電容量値の変化を大きくすることができ、液面レベルをより正確に測定できる。

また、第１回路１０が、第１コイル１１と並列に接続されたインピーダンス整合用コンデンサ１２をさらに有しているので、任意の入力周波数に対して、第１コイル１１と第２コイル２１との伝送効率を高めることができ、そのため、大型コイルを用いて磁気結合効率を上げる必要がなくなり、第１コイル１１及び第２コイル２１を小型化できる。磁気結合効率を高めるためにはコイル間距離を短くすることが有効であるが、第１コイル１１及び第２コイル２１を小型化することで、燃料タンク６のフランジ７の面積又はフランジ７に設けられた各コイル１１、２１が固定される薄肉部面積を小さくすることができ、フランジ７の耐圧性を高めて、燃料タンク６全体の耐圧性を確保できる。

また、第２回路２０が、静電容量体２２と並列に接続された並列共振コイル２３をさらに有しているので、静電容量体２２の静電容量値の変化、即ち、液面レベルに対するインピーダンスの変化がなだらかになり、例えば、インピーダンスの変化が急峻な直列共振回路に比べて、幅広い静電容量値の変化、即ち、液面レベルの変化を測定できる。

また、液面レベル検出装置１が、上述した液面レベルセンサ８を有し、この液面レベルセンサ８に交流電圧信号を入力するとともに、液面レベルセンサ８から出力された信号に基づいて液面レベルを検出するので、燃料タンク６の気密性を確保しつつ液面レベルセンサ８のインピーダンスに基づいて液面レベルを詳細且つ正確に測定することができる。

上述した本実施形態においては、交流信号発生部４０において一定周波数で且つ一定振幅の交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ８に入力するものであったが、これに限定されるものではない、例えば、交流信号発生部４０において、周波数が徐々に変化する（周波数スイープした）交流電圧信号を生成して液面レベルセンサ８に入力し、液面レベルセンサ８の信号の第１回路の通過特性が最も小さくなったとき（即ち、第１回路１０のインピーダンスが最大になったとき）の周波数に基づいて、静電容量体２２の静電容量値、即ち、液面レベルを検出するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、上述した第１コイル１１及び第２コイル２１は、平型渦巻き状の配線パターンで構成されているものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、互いに同軸に配置されたソレノイド型（円筒形状）のコイルとするなど、互いに磁気結合されるものであれば、第１コイル１１及び第２コイル２１の構成は任意である。また、第１コイル１１及び第２コイル２１はそれぞれ非導電性のフランジ７に設けられていたが、これに限定されるものではなく、例えば、燃料タンク６自体が非導電性の材料で構成されている場合などにおいては、これら第１コイル１１及び第２コイル２１を、燃料タンク６の壁部を挟んで対向するように配置しても良い。

上述した実施形態は、車両に搭載され、液化ガスを収容する燃料タンク内の燃料Ｆの液面レベルを検出する液面レベル検出装置を説明するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、工場や家庭などに設置され、各種燃料や各種薬液などを収容するとともにその液面レベルを検出する液面レベル検出装置などであってもよく、本発明の目的に反しない限り、本発明の液面レベルセンサ及び液面レベル検出装置を適用する装置やシステムは任意である。また、液面レベルの測定対象となる液体についても、例えば、石油液化ガス、エタノール、ガソリン、軽油などの車両用燃料や、窒素、酸素、アンモニアなどの工業用途の液化ガス、各種薬液等、本発明の目的に反しない限り、その種類は任意である。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 液面レベル検出装置
６ 燃料タンク（液体タンク）
７ フランジ
８ 液面レベルセンサ
１０ 第１回路
１１ 第１コイル
１２ インピーダンス整合用コンデンサ
２０ 第２回路
２１ 第２コイル
２２ 静電容量体
２３ 並列共振コイル
３１ 支持部材（絶縁基材）
３２ 一対の電極
３３ 樹脂フィルム（絶縁材料）
４０ 交流信号発生部
５０ 液面レベル検出部
５３ 整流回路

Claims (5)

1. 液体タンクに収容された液体の液面レベルを測定する液面レベルセンサであって、
   前記液体タンク外に配設された、第１コイルを有する、第１回路と、
   前記液体タンク内に配設された、当該第１コイルと磁気的に結合するように配置された第２コイルと、前記第２コイルと閉路を構成するように接続された静電容量体と、前記静電容量体と並列接続された並列共振コイルと、を有する第２回路と、を有し、
   前記静電容量体が、互いに近接して対向配置された一対の電極で構成されるとともに、前記液体タンク内の液体の液面レベルに応じて前記一対の電極の全体のうち前記液体に浸かる部分の割合が変化するように前記液体タンク内に配置されている
   ことを特徴とする液面レベルセンサ。
2. 前記並列共振コイルが、前記液体タンクの下壁部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液面レベルセンサ。
3. 前記一対の電極のそれぞれが、絶縁材料で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液面レベルセンサ。
4. 前記一対の電極が、絶縁基材上に互いに噛み合う櫛歯状に形成された配線パターンで構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液面レベルセンサ。
5. 液体タンクに収容された液体の液面レベルを検出する液面レベル検出装置であって、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載された液面レベルセンサと、
   前記液面レベルセンサの第１コイルの一方の端子に接続された、交流信号を出力する、交流信号発生部と、
   前記液面レベルセンサの第１コイルの他方の端子に接続された、当該他方の端子の信号に基づいて前記液面レベルを検出する、液面レベル検出部と、を有している
   ことを特徴とする液面レベル検出装置。

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