JP5923350B2 - Liquid level detector - Google Patents
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Description
本発明は、容器の液面レベルによる静電容量の変化を出力するセンサ部と、そのセンサの出力結果に基づいて液面レベルを検出する液面レベル検出装置に関する。 The present invention relates to a sensor unit that outputs a change in capacitance according to a liquid level of a container, and a liquid level detection device that detects a liquid level based on an output result of the sensor.
従来の静電容量式液面レベルセンサにおいては、様々な液体に対応して液面レベル(液位)を正確に計測するために、液位を計測するための電極(液位センサ)と、液体の誘電率変化を計測するための誘電率補正電極(誘電率補正センサ)が設けられ、常に液体の誘電率変化を監視して液位を補正する必要がある。 In the conventional capacitive liquid level sensor, in order to accurately measure the liquid level (liquid level) corresponding to various liquids, an electrode (liquid level sensor) for measuring the liquid level, A dielectric constant correction electrode (dielectric constant correction sensor) for measuring the dielectric constant change of the liquid is provided, and it is necessary to always monitor the dielectric constant change of the liquid and correct the liquid level.
誘電率補正センサは一般的に計測する液体が入っている容器の底部に設置し、例えばシールド構造を用いることで液位の変化によって誘電率補正電極の容量が変化しないようにしている(例えば特許文献1を参照)。 The dielectric constant correction sensor is generally installed at the bottom of a container containing a liquid to be measured, and the capacitance of the dielectric constant correction electrode is prevented from changing due to a change in liquid level by using, for example, a shield structure (for example, a patent) Reference 1).
上述した従来の静電容量式液面レベルセンサを用いた液位の検出装置では、誘電率補正を行うために、予め液位センサと誘電率補正センサの特性を計測しておき、その特性をマイコン等の液位を検出する演算制御回路等に記憶させておく必要があるという問題があった。特に各センサ電極には個体差(誤差)があるためにセンサ各々に対する特性の書き込みが必要となり手間がかかる。 In the liquid level detection device using the above-described conventional capacitive liquid level sensor, in order to perform the dielectric constant correction, the characteristics of the liquid level sensor and the dielectric constant correction sensor are measured in advance, and the characteristics are measured. There has been a problem that it is necessary to store in an arithmetic control circuit or the like that detects the liquid level of a microcomputer or the like. In particular, since there is an individual difference (error) in each sensor electrode, it is necessary to write characteristics for each sensor, which is troublesome.
また、誘電率補正センサを構成する電極の寸法誤差により液位の補正にずれが生じてしまうという問題もあった。 In addition, there is a problem in that the liquid level correction is shifted due to the dimensional error of the electrodes constituting the dielectric constant correction sensor.
そこで、本発明は、予めセンサの特性の計測が不要で、誘電率に影響されずに容易に液位の検出が行える液面レベル検出装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid level detecting device that does not require measurement of sensor characteristics in advance and can easily detect a liquid level without being affected by the dielectric constant.
上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、容器内に配置されて電極間の静電容量を計測するセンサと、前記センサが計測した静電容量の変化に基づいて前記容器内の液面レベルを検出する検出手段と、を備えた液面レベル検出装置において、複数の前記センサが前記容器の鉛直方向に並べて配置され、前記複数のセンサは、前記複数のセンサ電極が直線状に並べて配置されているとともに、前記複数のセンサ電極と前記一つの接地電極とは互いに一定の間隔を空けて配置されている第1の基板と、前記第1の基板に重ねられているとともに、前記第1の基板と重ならない側の面の全面に前記一つの接地電極とは異なる第2接地電極が設けられている第2の基板と、を備え、前記第1の基板と前記第2の基板に挟まれるように前記複数のセンサ電極、前記一つの接地電極および前記第2接地電極各々を外部と接続するための端子と電気的に接続する配線層が設けられ、前記検出手段が、複数の前記センサそれぞれに対して静電容量を計測させ、最下端に配置されている前記センサの静電容量を基準として、他の前記センサが計測した静電容量に基づいて前記容器内の液面レベルを検出することを特徴とする液面レベル検出装置である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記検出手段が、最下端に配置されている前記センサの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置する前記センサを特定し、特定された前記センサの静電容量と最下端に配置されている前記センサの静電容量との比に基づいて当該特定された前記センサにおける液面レベルを検出することを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the liquid level is positioned depending on whether or not the detection means matches the capacitance of the sensor disposed at the lowermost end. Identifying the sensor, and detecting a liquid level in the identified sensor based on a ratio between a capacitance of the identified sensor and a capacitance of the sensor disposed at the lowest end. It is a feature.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記検出手段が、前記複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出している前記センサを特定する露出特定手段と、前記露出特定手段により特定された前記センサの静電容量と、前記検出手段により液面が位置すると特定された前記センサの静電容量と、最下端に配置されている前記センサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して前記液面レベルを検出する補正手段と、を備えていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the detection unit is exposed from the liquid surface based on a result of measuring the capacitance of each of the plurality of sensors. An exposure specifying means for specifying the sensor, a capacitance of the sensor specified by the exposure specifying means, a capacitance of the sensor specified by the detecting means that the liquid level is positioned, and a lowermost end. And correcting means for detecting the liquid surface level by correcting the electrostatic capacity due to condensation based on the electrostatic capacity of the sensor arranged.
以上説明したように請求項1に記載の発明によれば、センサ部が、複数のセンサが容器の鉛直方向に並べて配置されて、検出手段が、複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させ、最下端に配置されているセンサの静電容量を基準として、他のセンサが計測した静電容量に基づいて容器内の液面レベルを検出するので、最下端に配置されたセンサの静電容量を基準として順次比較することで、容器内に鉛直方向に並べられている複数のセンサのうちどのセンサの位置に液位が位置するか検出することができ、その液位が位置するセンサの静電容量から正確な液位を検出することができる。したがって、予めセンサの特性を計測する必要が無く、誘電率に影響されずに容易に液位の検出が行える。また、複数のセンサは、同一基板上に、複数のセンサ電極と、一つの接地電極と、が設けられて構成されており、基板上には、複数のセンサ電極が直線状に並べて配置されているとともに、複数のセンサ電極と一つの接地電極とは互いに一定の間隔を空けて配置されているので、同一基板上に複数のセンサを並べて配置することができ、容器内への設置が容易となる。さらに、センサ部は、表面に複数のセンサ電極および一つの接地電極が設けられている第1の基板と、第1の基板に重ねられているとともに、第1の基板と重ならない側の面の全面に一つの接地電極とは異なる第2接地電極が設けられている第2の基板と、を備え、第1の基板と第2の基板に挟まれるように複数のセンサ電極、一つの接地電極および第2接地電極各々を外部と接続するための端子と電気的に接続する配線層が設けられているので、第1の基板で各センサ電極が静電容量を検出し、検出した静電容量が配線層を通して外部へ出力することができる。配線層は第1の基盤と第3の基板の接地電極によりシールドされるため、液位の変化による配線容量の変化を防止することができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the sensor unit includes a plurality of sensors arranged side by side in the vertical direction of the container, and the detection unit measures the capacitance for each of the plurality of sensors. The level of the liquid in the container is detected based on the capacitance measured by the other sensors on the basis of the capacitance of the sensor arranged at the bottom end. By sequentially comparing the capacitances as a reference, it is possible to detect the position of the liquid level among a plurality of sensors arranged in the vertical direction in the container, and the sensor in which the liquid level is positioned It is possible to detect an accurate liquid level from the electrostatic capacity. Therefore, it is not necessary to measure the sensor characteristics in advance, and the liquid level can be easily detected without being affected by the dielectric constant. The plurality of sensors are configured by providing a plurality of sensor electrodes and one ground electrode on the same substrate, and the plurality of sensor electrodes are arranged in a straight line on the substrate. In addition, since the plurality of sensor electrodes and one ground electrode are arranged at a certain distance from each other, a plurality of sensors can be arranged side by side on the same substrate, and can be easily installed in a container. Become. Further, the sensor unit has a first substrate having a plurality of sensor electrodes and one ground electrode provided on the surface thereof, and is superposed on the first substrate and has a surface on a side not overlapping the first substrate. A second substrate having a second ground electrode different from one ground electrode on the entire surface, and a plurality of sensor electrodes and one ground electrode so as to be sandwiched between the first substrate and the second substrate. And a wiring layer for electrically connecting each of the second ground electrodes to a terminal for connecting to the outside, each sensor electrode detects a capacitance on the first substrate, and the detected capacitance Can be output to the outside through the wiring layer. Since the wiring layer is shielded by the first substrate and the ground electrode of the third substrate, the change in the wiring capacitance due to the change in the liquid level can be prevented.
請求項2に記載の発明によれば、検出手段が、最下端に配置されているセンサの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置するセンサを特定し、特定されたセンサの静電容量と最下端に配置されているセンサの静電容量との比に基づいて当該特定されたセンサにおける液面レベルを検出するので、最下端に配置されているセンサを基準として、液面位置を特定して、液面レベルを検出することができる。 According to the second aspect of the present invention, the detection unit specifies the sensor on which the liquid level is located according to whether or not the detection unit matches the capacitance of the sensor arranged at the lowermost end, and the specified sensor Since the liquid level in the specified sensor is detected based on the ratio of the capacitance of the sensor and the capacitance of the sensor disposed at the lowermost end, the liquid level is determined based on the sensor disposed at the lowermost end. By specifying the surface position, the liquid level can be detected.
請求項3に記載の発明によれば、検出手段が、複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出しているセンサを特定する露出特定手段と、露出特定手段により特定されたセンサの静電容量と、検出手段により液面が位置すると特定されたセンサの静電容量と、最下端に配置されているセンサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して液面レベルを検出する補正手段と、を備えているので、液面から完全に露出しているセンサの静電容量から結露による補正分を算出することができ、結露による影響を少なくして、検出精度を高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, the exposure means for identifying the sensor exposed from the liquid surface based on the result of the capacitance measured by each of the plurality of sensors, and the exposure Due to condensation based on the capacitance of the sensor specified by the specifying means, the capacitance of the sensor specified as the liquid level is positioned by the detecting means, and the capacitance of the sensor arranged at the lowest end Correction means for correcting the capacitance and detecting the liquid level, so that the correction due to condensation can be calculated from the capacitance of the sensor that is completely exposed from the liquid level. The detection accuracy can be increased by reducing the influence of the.
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態にかかる液面レベル検出装置1の構成図である。図2は図1に示されたセンサ電極部の構成図である。図3は、図2のI−I線に沿う断面図である。図1ないし図3に示すように、液面レベル検出装置1は、センサ電極部2と、センサ計測部3と、を備えている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a liquid
センサ電極部2は、センサ2a〜2hまでの8つのセンサが図面上縦方向に沿って並べられており、この縦方向が容器内における鉛直方向となる。つまり、容器内にセンサ電極部2が設置された場合、センサ2aが容器の最下端(底)側となり、センサ2hが容器の最上端側となる。なお、本実施形態ではセンサが8つの場合で説明するが、センサの数はそれに限らず、複数であれば設置する容器の大きさや検出精度などに応じて適宜決定すればよい。
The
センサ電極部2は、図2および図3に示したように、第1の基板としての基板4と、第2の基板としての基板5と、を備えた導体層が3層形成される3層プリント基板で構成されている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
基板4は、略長方形状に形成され、電極4a〜4iおよび端子4jが形成されている。複数のセンサ電極としての電極4a〜4hは、二等辺三角形状に形成され、基板4の長手方向の一方の辺に沿うように電極4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4hの順に並べて直線状に配置されている。つまり、電極4a〜4hは基準となる線に沿うように直線状に配置されていれば、辺同士が対向するように配置されなくともよい。即ち、センサ電極部2は、基板4の長手方向が容器の鉛直方向となるように設置される。勿論、電極4a〜4hは互いに接することなく、間隔を空けて配置されている。
The board |
一つの接地電極としての電極4iは、基板4の電極4a〜4hが形成されている以外の部分に形成されている。電極4iは、電極4a〜4hとは接触することなく、電極4a〜4hの斜面部分と一定の間隔(図2のa)を空けるように配置されている。
The
端子4jは、端子4j1〜4j9が基板4の長手方向の一端部に形成され、各センサからの計測値の出力端子および接地端子として機能する。端子4jは、後述する配線5a〜5iとスルーホールで電気的に接続されている。なお、端子4jは、各端子間および電極4a〜4iとは、基板4の同一平面上で接していない。
The
基板5は、基板4と同形の略長方形状に形成され、一方の面(以降の説明では表面とする)51に配線5a〜5iが形成され、他方の面(以降の説明では裏面とする)52には電極5kが形成されている。
The
配線層としての配線5a〜5hは、互いに間隔を空けて基板5の長手方向の一方の端部から他方の端部まで同じ長さで延在している。このように構成することで、配線容量に僅かな変化が起きたとしても、全ての配線容量をキャンセルすることができる。また、配線5iは、他の配線5a〜5hよりも短くなっているが、この配線5iは、接地電極用の配線であるため、端子と接地電極間を接続するだけの長さでよい。なお、配線5iは他の配線5a〜5hと離れて配置されているが、それに限らず、配線5a〜5hと同様の間隔で配置してもよい。
Wirings 5a to 5h as wiring layers extend at the same length from one end portion in the longitudinal direction of the
配線5a〜5iは、それぞれ、配線上の2箇所にスルーホール5jが形成され、そのスルーホール5jを介して基板4上の対応する電極と端子4jとを電気的に接続する。即ち、配線5aは、電極4aと端子4j1を電気的に接続し、配線5bは、電極4bと端子4j2を電気的に接続し、配線5cは、電極4cと端子4j3を電気的に接続し、配線5dは、電極4dと端子4j4を電気的に接続し、配線5eは、電極4eと端子4j5を電気的に接続し、配線5fは、電極4fと端子4j6を電気的に接続し、配線5gは、電極4gと端子4j7を電気的に接続し、配線5hは、電極4hと端子4j8を電気的に接続し、配線5iは、電極4iおよび電極5kと端子4j9を電気的に接続している。
Each of the
第2接地電極としての電極5kは、基板5の裏面52全面に形成され、上述したようにスルーホールと配線5iによって端子4j9と電気的に接続される。
The
基板4と基板5は、図3に示したように、基板5の表面51側に基板4が重ねられるようにして3層プリント基板を構成する。したがって、電極4a〜4iは、センサ電極部2の一方の片面側に形成され、電極5kは、センサ電極部2の他方の片面側に形成される。なお、電極4a〜4iが形成される面には、図3に示したように導電性の液体でも計測できるために絶縁材料4kがコーティングされている。
As shown in FIG. 3, the
上述した構成のセンサ電極部2は、電極4a〜4hが複数のセンサ電極として機能し、電極4iが一つの接地電極として機能する。即ち、電極4aと電極4iが図1のセンサ2aであり、端子4j1がセンサ2aの出力としてセンサ計測部3に接続される。電極4bと電極4iが図1のセンサ2bであり、端子4j2がセンサ2bの出力としてセンサ計測部3に接続される。電極4cと電極4iが図1のセンサ2cであり、端子4j3がセンサ2cの出力としてセンサ計測部3に接続される。電極4dと電極4iが図1のセンサ2dであり、端子4j4がセンサ2dの出力としてセンサ計測部3に接続される。電極4eと電極4iが図1のセンサ2eであり、端子4j5がセンサ2eの出力としてセンサ計測部3に接続される。電極4fと電極4iが図1のセンサ2fであり、端子4j6がセンサ2fの出力としてセンサ計測部3に接続される。電極4gと電極4iが図1のセンサ2gであり、端子4j7がセンサ2gの出力としてセンサ計測部3に接続される。電極4hと電極4iが図1のセンサ2hであり、端子4j8がセンサ2hの出力としてセンサ計測部3に接続される。そして、電極4iが接続される端子4j9は、図1の各センサを接地するための端子に相当する。
In the
なお、配線5a〜5iは、基板5に形成するのではなく、基板4の電極4a〜4iが設けられている面の裏側の面に形成してもよい。要するに、3層プリント基板の中間層、つまり、第1の基板と第2の基板に挟まれるように、複数のセンサ電極、一つの接地電極および第2接地電極各々を端子と電気的に接続する配線層を構成できればよい。
The
検出手段、露出特定手段、補正手段としてのセンサ計測部3は、各センサの切り替えを行うマルチプレクサなどの信号切り替え回路とセンサから検出された静電容量値を電圧値等に変換するためのCV変換回路やCF変換回路および変換回路で変換された電圧値や周波数から液位(液面レベル)を検出するマイコン等の演算制御回路を備えている。
The
次に、上述した構成の液面レベル検出装置1において、液位を計測する際の動作を図4および図5のフローチャートを参照して説明する。図4および図5に示したフローチャートはセンサ計測部3のマイコン(演算制御回路)で実行される。
Next, the operation when measuring the liquid level in the liquid
なお、図4および図5のフローチャートの説明において、図6に示すように、センサ2a〜2hをセンサ1〜8と記載し、Hをセンサ電極部2全体での液位(容器内の液位)、hをセンサ1つ当たりの液位、Cnをセンサn(n=1〜8)の静電容量値とする。
In the description of the flowcharts of FIGS. 4 and 5, as shown in FIG. 6, the
まず、図4にステップS101において、センサ1〜8の計測を行ってステップS102に進む、本ステップでは、信号切り替え回路を切り替えて、センサ1〜8、つまり、電極4a〜4hと電極4iとの間で形成されるコンデンサの静電容量値を計測してCV変換回路等で電圧値に変換する。なお、計測の順序はセンサ1〜8の順でもよいし逆でもよい。また、信号切り替え回路を備えずにCV変換回路等を複数備えて一度に計測するようにしてもよい。即ち、検出手段が、複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させている。
First, in step S101 in FIG. 4, the
次に、ステップS102において、ステップS101で計測されたセンサ1の静電容量値であるC1の値の初期値からの変化量が0であるか否かを判断し、0である場合(YESの場合)はステップS103に進み、0でない場合(NOの場合)はステップS104に進む。ステップS103においては、液位は0(H=0)としてステップS101に戻る。各センサは配線容量など初期値を持っているため、センサ1の静電容量の初期値からの変化量が0のときはセンサ1が液体に全く触れていない状態であると判断でき、センサ1は容器の最下端に配置されているセンサであるため液位は0であるといえる。そして、この液位の情報は、センサ計測部3から図示しない表示装置などに出力されて、例えば、液位を示す表示がなされる。
Next, in step S102, it is determined whether the amount of change from the initial value of the measured C 1 value is the capacitance value of the
ステップS104においては、ステップS101で計測されたセンサ1の静電容量値であるC1の値がセンサ2の静電容量値であるC2以上であるか否かを判断し、C2以上である場合(YESの場合)はステップS106に進み、C2以上でない場合(NOの場合)はステップS105に進む。ステップS105においては、液位は0(H=0)としてステップS101に戻る。本ステップの場合、静電容量(の変化量)が0ではないがセンサ1よりもセンサ2の静電容量が多い状態であるので、センサに液位を計測する液体は触れていないが、結露による液体がセンサに付着しているとして、液位を0とみなしている。なお、ステップS104では、C2と比較していたが、C2〜C8の平均値と比較してもよい。そのようにすることで、より精度良く結露が付着している状態を検出することができる。
Step In S104, the value of C 1 is the capacitance value of the
ステップS106においては、センサ1の静電容量値であるC1とセンサ2の静電容量値であるC2が同じ値になった際のC1の値をC1参照値として記憶しているか否かを判断し、記憶している場合(YESの場合)はステップS107に進み、記憶していない場合はステップS109に進む。本実施形態では、後述するように最下端に位置するセンサ1の静電容量値を基準として液位を検出するが、センサ1自身に液位がある場合は、そのままでは基準値がないため検出できない。そのため、基準値としてセンサ1とセンサ2が同じ値になった際の静電容量値を記憶し、その値をC1参照値として検出する。つまり、センサ1とセンサ2が同じ値になるということは、液位がセンサ2まで完全に浸漬している状態であると言えるので、基準値(参照値)とするセンサ1が完全に浸漬している状態の静電容量値を取得することがきる。
In step S106, whether C 2 is C 1 and the capacitance value of the
ステップS107においては、C1参照値がステップS101で計測されたセンサ1の静電容量値であるC1の値と同じ値であるか否かを判断し、同じ値である場合は(YESの場合)はステップS109に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS108に進む。ステップS108においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ1上にあると判断されたので、液位計算(1)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。なお、図5のフローチャートの説明は後述する。
In step S107, it is determined whether or not the C 1 reference value is the same value as the value of C 1 that is the capacitance value of
ステップS109においては、ステップS101で計測されたセンサ1の静電容量値であるC1の値とセンサ2の静電容量値であるC2の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合(YESの場合)は、このときのセンサ1の値をC1参照値として記憶しステップS111に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS110に進む。ステップS110においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ2上にあると判断されたので、液位計算(2)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。
In step S109, it is determined whether or not the value of C 1 that is the capacitance value of
ここで、図5に示したフローチャートに沿って液位を計算(検出)する動作を説明する。まず、ステップS201において、露出電極の容量の平均値Caveを計算し、ステップS202に進む。本ステップでは液位があるセンサnよりも上位(上側)に位置するセンサn+1〜8、つまり液面から完全に露出している電極の静電容量の平均値Caveを次に示す(1)式により算出している。
次に、ステップS202において、結露補正値Ccalibを計算し、ステップS203に進む。液位のあるセンサnに結露による付着容量がある場合、付着容量を露出電極の容量の平均値Caveとした場合、液位があるセンサnの静電容量Cnは、次に示す(2)式で表される。
したがって、(2)式から次に示す(3)式が導き出される。つまり、本ステップでは液位があるセンサnの静電容量Cnから露出電極の静電容量の平均値Caveの差分をセンサ1の静電容量C1と露出電極の静電容量の平均値Caveとの比に基づく値で除算する(3)式により結露補正値Ccalibを算出している。この(3)式により液位があるセンサnに付着した結露分の補正がなされる。即ち、液面から露出していると特定されたセンサの静電容量と、液位があるセンサnの静電容量Cnと、センサ1の静電容量C1と、に基づいて結露による静電容量を補正している。
次に、ステップS203において、液位(H)を計算してリターンする。本ステップではセンサ1の静電容量値であるC1を基準として次に示す(4)式により液位を計算している。
(4)式は、液面があるセンサにおける液位をセンサ1の静電容量値であるC1を基準として液面があるセンサの静電容量値との比で計算し、その値に液面があるセンサより下位(下側)に位置するセンサ分の液位を加算している。即ち、最下端に配置されているセンサの静電容量を基準として、他のセンサが計測した静電容量に基づいて容器内の液面レベルを検出している。なお、(4)式は、ステップS108において実行する場合は、C1の値をC1参照値に置き換えて計算する。
Equation (4) calculates the liquid level in the sensor with the liquid level by using the ratio of the capacitance value of the sensor with the liquid level as a reference based on the capacitance value C 1 of the
図4のフローチャートに戻ってステップS111においては、ステップS101で計測されたセンサ2の静電容量値であるC2の値とセンサ3の静電容量値であるC3の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合(YESの場合)はステップS113に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS112に進む。ステップS112においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ3上にあると判断されたので、液位計算(3)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。
Returning to the flowchart of FIG. 4, in step S <b> 111, is the value of C 2 that is the capacitance value of
ステップS113においては、ステップS101で計測されたセンサ3の静電容量値であるC3の値とセンサ4の静電容量値であるC4の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合(YESの場合)はステップS115に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS114に進む。ステップS114においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ4上にあると判断されたので、液位計算(4)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。
In step S113, the value of C 4 is the capacitance value of C 3 values and the
ステップS115においては、ステップS101で計測されたセンサ4の静電容量値であるC4の値とセンサ5の静電容量値であるC5の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合(YESの場合)はステップS117に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS116に進む。ステップS116においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ5上にあると判断されたので、液位計算(5)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。
In step S115, it is determined whether or not the value of C 4 that is the capacitance value of
ステップS117においては、ステップS101で計測されたセンサ5の静電容量値であるC5の値とセンサ6の静電容量値であるC6の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合(YESの場合)はステップS119に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS118に進む。ステップS118においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ6上にあると判断されたので、液位計算(6)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。
In step S117, the and the value of C 6 is the capacitance value of the values and the
ステップS119においては、ステップS101で計測されたセンサ6の静電容量値であるC6の値とセンサ7の静電容量値であるC7の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合(YESの場合)はステップS121に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS120に進む。ステップS120においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ7上にあると判断されたので、液位計算(7)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。
In step S119, it is determined whether or not the value and the same value of C 7 is the capacitance value of the values and the
ステップS121においては、ステップS101で計測されたセンサ7の静電容量値であるC7の値とセンサ8の静電容量値であるC8の値とが同じ値か否かを判断し、同じ値である場合(YESの場合)はステップS123に進み、同じ値でない場合(NOの場合)はステップS122に進む。ステップS122においては、本ステップ以前の判断結果から液位がセンサ8上にあると判断されたので、液位計算(8)として図5のフローチャートにより液位を算出してステップS101に戻る。
In step S121, it is determined whether or not the value and the same value of C 8 is the capacitance value of the values and the
ステップS123においては、センサ7の静電容量値であるC7の値とセンサ8の静電容量値であるC8の値とが同じ値であると判断されたので、センサ1〜センサ8までの静電容量が同じ値となり、液位はFullの状態にあると判断してステップS101に戻る。
In step S123, since the value of C 8 is the capacitance value of the values and the
図4のフローチャートにおいて、ステップS107、S109、S111、S113、S115、S117、S119、S121は、センサ1よりも静電容量値が小さいセンサを特定しており、実質的に複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出しているセンサを特定している。
In the flowchart of FIG. 4, steps S107, S109, S111, S113, S115, S117, S119, and S121 specify a sensor having a capacitance value smaller than that of the
ここで、上述した動作の具体例を図7および図8を参照して説明する。 Here, a specific example of the above-described operation will be described with reference to FIGS.
図7および図8は、センサ毎に検出された静電容量をセンサの配置順に示したグラフである。図7はセンサ3の中央に液面があった場合である。この場合、センサ1と2の位置には液体1が満たされているので、静電容量は同じ値となり、センサ3は、中央付近に液面があることからセンサ1の半分の静電容量となる。したがって、センサ1の静電容量を基準とすると、センサ2は同じ値なのでセンサ2は完全に液体1に浸漬されていることが分かり、センサ3は、センサ1の半分の値なので中央まで液体1に浸漬されていることが分かるため液体1の液位が検出できる。図4のフローチャートでは、ステップS101、S102、S104、S106、(S107)、S109、S111、S112と進む。
7 and 8 are graphs showing the capacitance detected for each sensor in the order in which the sensors are arranged. FIG. 7 shows a case where the liquid level is in the center of the
図7において、液体1と誘電率の異なる液体2の場合でも、同様にして液位を検出することができる。本実施形態では、最下端(最下位)に配置されたセンサ1を基準にして液位を検出しているため、誘電率が異なっても誘電率補正等の動作をする必要は無い。
In FIG. 7, even in the case of the liquid 2 having a dielectric constant different from that of the
次に、図8は、センサに結露が付着して付加容量が検出されている場合の例である。図8に示したように、センサ3には、結露が付着しているため、本来の液位による静電容量よりも付加容量分多い値が検出されている。そのため、上述した(3)式により結露の付加容量分の補正することで、本来の液位による静電容量へ補正することができる。また、実際の液位の検出は液面の位置するセンサ3の静電容量で検出するので、センサ4〜8に付着した結露による静電容量の変動が液位の誤差にならない。
Next, FIG. 8 shows an example in which condensation is attached to the sensor and the additional capacitance is detected. As shown in FIG. 8, since dew condensation is attached to the
以上の実施形態によれば、容器内に設置されたセンサ2a〜2bが鉛直方向に並べて配置されたセンサ電極部2と、各センサ2a〜2bが計測した静電容量値から、液位を計算して検出するセンサ計測部3を備えて、センサ計測部3では、各センサ2a〜2bが計測した静電容量値のうち、最下端に位置するセンサ2aの静電容量値を基準として、センサ2aの静電容量と一致するか否かに応じて液面が位置するセンサを特定し、特定されたセンサの静電容量と最下端に配置されているセンサの静電容量との比に基づいて当該特定されたセンサにおける液面レベルを検出しているので、最下端に配置されたセンサ2aの静電容量と順次比較することで、センサ2b〜2hのうちどのセンサの位置に液位が位置するか検出することができ、その液位が位置するセンサの静電容量とセンサ2aの静電容量から正確な液位を検出することができる。したがって、予めセンサの特性を計測する必要が無く、誘電率に影響されずに容易に液位の検出が行える。
According to the above embodiment, the liquid level is calculated from the
また、センサ計測部3が、液面から完全に露出しているセンサを特定し、特定されたセンサの静電容量からセンサに付着している結露による静電容量と、液面が位置すると特定されたセンサの静電容量と、最下端に配置されているセンサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して液面レベルを検出することで、結露による影響を少なくすることができ、検出精度を高めることができる。
In addition, the
また、センサ電極部2は、基板4上に複数のセンサの測定電極となる電極4a〜4hと接地電極となる電極4iが形成され、電極4a〜4hが直線状に並べられて配置されているともに、電極4a〜4hと電極4iは互いに一定の間隔を空けて配置されているので、一つの基板上に複数のセンサを並べて配置することができ、容器内に容易に設置することができる。
In the
また、センサ電極部2は、基板4に電極4a〜4iを形成し、基板5の表面51に電極4a〜4iと端子4jとを電気的に接続する配線5a〜5iを形成して、基板5の裏面52に接地電極となる電極5kを形成した3層プリント基板で構成されているので、電極4a〜4hで検出された静電容量(電圧)は配線5a〜5iを通して端子4jに出力することができ、これらの配線は設置電極で挟まれるため、液位の変化による配線容量の変化を防止することができる。
The
なお、上述した実施形態では、最下位のセンサの値と下位のセンサの値から順次比較して液位を検出していたが、逆に最下位のセンサの値と上位のセンサの値を順次比較して液位を検出してもよい。例えば図7や図8の場合、センサ8から順にセンサ1の値と比較し、センサ1と同じ値のセンサが検出された場合(センサ2)は、その1つ上位のセンサ(センサ3)に液位があると判断して液位検出を行うようにすればよい。
In the above-described embodiment, the liquid level is detected by sequentially comparing the value of the lowest sensor and the value of the lower sensor, but conversely, the value of the lowest sensor and the value of the higher sensor are sequentially detected. The liquid level may be detected by comparison. For example, in the case of FIG. 7 and FIG. 8, when the
また、上述した実施形態では、センサ電極部2のセンサ電極4a〜4hは二等辺三角形状に形成されていたがそれに限らず、矩形や扇形など他の形状でもよい。但し、各センサ電極4a〜4hは同形状(同面積)であって、対向する接地電極である電極4iとは一定の間隔を空けて配置する必要がある。また、センサ電極4a〜4hと電極4iとは対向している長さが長いほど液位の変化に対して静電容量の変化が大きくなるので、図示したような斜面を含む三角形や曲線を含む扇形などの方が好ましい。
In the above-described embodiment, the
なお、上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、実施の形態に限定されるものではない。すなわち、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。 In addition, embodiment mentioned above only showed the typical form of this invention, and this invention is not limited to embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 液体レベル検出装置
2 センサ電極部(複数のセンサ)
3 センサ計測部(検出手段、露出特定手段、補正手段)
3a〜3h センサ電極
3i 接地電極(一つの接地電極)
4 基板(第1の基板)
4k 接地電極(第2接地電極)
5 基板(第2の基板)
DESCRIPTION OF
3 Sensor measurement unit (detection means, exposure specifying means, correction means)
3a-3h Sensor electrode 3i Ground electrode (one ground electrode)
4 Substrate (first substrate)
4k ground electrode (second ground electrode)
5 Substrate (second substrate)
Claims (3)
複数の前記センサが前記容器の鉛直方向に並べて配置され、
前記複数のセンサは、前記複数のセンサ電極が直線状に並べて配置されているとともに、前記複数のセンサ電極と前記一つの接地電極とは互いに一定の間隔を空けて配置されている第1の基板と、前記第1の基板に重ねられているとともに、前記第1の基板と重ならない側の面の全面に前記一つの接地電極とは異なる第2接地電極が設けられている第2の基板と、を備え、前記第1の基板と前記第2の基板に挟まれるように前記複数のセンサ電極、前記一つの接地電極および前記第2接地電極各々を外部と接続するための端子と電気的に接続する配線層が設けられ、
前記検出手段が、複数の前記センサそれぞれに対して静電容量を計測させ、最下端に配置されている前記センサの静電容量を基準として、他の前記センサが計測した静電容量に基づいて前記容器内の液面レベルを検出する
ことを特徴とする液面レベル検出装置。 A liquid level provided with a sensor arranged in the container for measuring the capacitance between the electrodes, and a detecting means for detecting a liquid level in the container based on a change in the capacitance measured by the sensor. In the level detection device,
A plurality of the sensors are arranged in the vertical direction of the container ,
The plurality of sensors includes a first substrate in which the plurality of sensor electrodes are arranged in a straight line, and the plurality of sensor electrodes and the one ground electrode are arranged at a predetermined interval from each other. And a second substrate overlaid on the first substrate and provided with a second ground electrode different from the one ground electrode on the entire surface on the side not overlapping the first substrate; And electrically connecting a terminal for connecting each of the plurality of sensor electrodes, the one ground electrode, and the second ground electrode to the outside so as to be sandwiched between the first substrate and the second substrate. A wiring layer to be connected is provided,
The detection means causes each of the plurality of sensors to measure the capacitance, and based on the capacitance measured by the other sensors on the basis of the capacitance of the sensor arranged at the lowermost end. A liquid level detection apparatus for detecting a liquid level in the container.
前記複数のセンサそれぞれに対して静電容量を計測させた結果に基づいて液面から露出している前記センサを特定する露出特定手段と、
前記露出特定手段により特定された前記センサの静電容量と、前記検出手段により液面が位置すると特定された前記センサの静電容量と、最下端に配置されている前記センサの静電容量と、に基づいて結露による静電容量を補正して前記液面レベルを検出する補正手段と、
を備えていることを特徴とする請求項2に記載の液面レベル検出装置。 The detection means is
An exposure specifying means for specifying the sensor exposed from the liquid surface based on the result of measuring the capacitance with respect to each of the plurality of sensors;
The capacitance of the sensor specified by the exposure specifying means, the capacitance of the sensor specified by the detection means that the liquid level is located, and the capacitance of the sensor arranged at the lowest end , A correction means for correcting the electrostatic capacity due to condensation based on the above and detecting the liquid level,
The liquid level detecting device according to claim 2, comprising:
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