JP6294600B2

JP6294600B2 - Capacitance type level sensor

Info

Publication number: JP6294600B2
Application number: JP2013129269A
Authority: JP
Inventors: 慎平加藤; 福原　聡明; 聡明福原
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: JP2015004561A

Description

本発明は、静電容量式レベルセンサに関する。 The present invention relates to a capacitance type level sensor.

従来、タンク内の液面レベルを検出する液面レベルセンサが提案されている。このような液面レベルセンサには、タンク上下方向に伸びる対向する一対の電極を備え、液面レベルに応じて一対の電極の静電容量が変化することを利用して液面レベルを検出する静電容量式レベルセンサが提案されている。 Conventionally, a liquid level sensor that detects a liquid level in a tank has been proposed. Such a liquid level sensor includes a pair of opposing electrodes extending in the vertical direction of the tank, and detects the liquid level by utilizing the change in capacitance of the pair of electrodes according to the liquid level. Capacitance type level sensors have been proposed.

また、静電容量式レベルセンサでは、液体の誘電率を検出するために誘電率センサが設けられている。この誘電率センサは、タンク内の液体が少量であっても液体が浸漬されるようタンク底面に設置されている。しかし、静電容量に基づいて液面レベルを検出する検出回路がタンク上部側に設置されている場合、検出回路から誘電率センサが設けられるタンク底面まで配線を通す必要があり、配線自身も液位に応じて静電容量が変化することから、正確に誘電率を検出できなくなってしまう。 Further, in the capacitance type level sensor, a dielectric constant sensor is provided to detect the dielectric constant of the liquid. This dielectric constant sensor is installed on the bottom surface of the tank so that the liquid is immersed even if the liquid in the tank is small. However, when a detection circuit that detects the liquid level based on the capacitance is installed on the upper side of the tank, it is necessary to pass the wiring from the detection circuit to the bottom of the tank where the dielectric constant sensor is provided. Since the capacitance changes according to the position, the dielectric constant cannot be detected accurately.

そこで、誘電率を正確に検出すべく参照電極の周囲をシールド電極とシールド層とで覆った静電容量式レベルセンサが提案されている。この静電容量式レベルセンサは、タンク上部から下方に向かって伸びる参照電極を設けると共に、この参照電極の先端（すなわち下部側）のみを露出させ、残部をシールド電極とシールド層とで覆う構成としている。これにより、露出する参照電極の先端と駆動電極とで容量素子を形成し、液体の誘電率を測定することとしている。 Therefore, a capacitance type level sensor has been proposed in which the periphery of the reference electrode is covered with a shield electrode and a shield layer in order to accurately detect the dielectric constant. The capacitance type level sensor is provided with a reference electrode extending downward from the upper part of the tank, exposing only the tip (that is, the lower side) of the reference electrode, and covering the remainder with a shield electrode and a shield layer. Yes. Thus, a capacitive element is formed by the exposed tip of the reference electrode and the drive electrode, and the dielectric constant of the liquid is measured.

特開２００５−１７２７５７号公報JP 2005-172757 A

しかし、特許文献１に記載の静電容量式レベルセンサでは、参照電極の全周にシールド電極やシールド層を設けなければならず、構成が複雑となってしまう。さらに、参照電極の全周がシールド電極やシールド層で覆われる関係上、初期的に持つ静電容量が大きくなる。このため、基板の誘電率温度特性による静電容量の変化が大きくなり検出誤差が大きくなってしまう。 However, in the capacitance level sensor described in Patent Document 1, a shield electrode and a shield layer must be provided around the entire circumference of the reference electrode, and the configuration becomes complicated. Furthermore, since the entire circumference of the reference electrode is covered with the shield electrode or the shield layer, the initial capacitance is increased. For this reason, the change in capacitance due to the dielectric constant temperature characteristic of the substrate becomes large, and the detection error becomes large.

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、液位の変化及び温度の変化によらず誘電率をより正確に検出すると共に、構成の複雑化を抑制することが可能な静電容量式レベルセンサを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and the object of the invention is to detect the dielectric constant more accurately regardless of the change in liquid level and the change in temperature, and An object of the present invention is to provide a capacitance level sensor capable of suppressing the complexity of the configuration.

本発明の静電容量式レベルセンサは、タンク上下方向に沿って設けられた対向する電極からなる液位検出部と、前記タンク上部側に設けられ当該液位検出部の静電容量に応じて液面レベルを検出する検出回路とを備えた静電容量式レベルセンサであって、液体の誘電率を検出すべく前記タンク底部に設けられた誘電率センサと、前記タンク上下方向に沿って設けられ、前記検出回路から前記誘電率センサまでを接続する直線状の第１配線と、前記検出回路から前記タンクの下方に向かって前記第１配線と略平行に設けられた直線状の第２配線と、を備え、前記第２配線は、前記液位検出部と前記第１配線との間に設けられており、前記液位検出部、前記第１配線及び前記第２配線を覆う絶縁部をさらに備え、前記第１配線及び前記第２配線を覆う前記絶縁部は、前記液位検出部を覆う絶縁部よりも厚く形成されていることを特徴とする。 The capacitance type level sensor according to the present invention includes a liquid level detection unit composed of opposing electrodes provided along the vertical direction of the tank and a capacitance level of the liquid level detection unit provided on the tank upper side. A capacitance type level sensor having a detection circuit for detecting a liquid level, a dielectric constant sensor provided at the bottom of the tank for detecting a dielectric constant of the liquid, and provided along the vertical direction of the tank. A first linear line connecting the detection circuit to the dielectric constant sensor, and a second linear line provided substantially parallel to the first wiring from the detection circuit toward the lower side of the tank. The second wiring is provided between the liquid level detection unit and the first wiring, and an insulating part that covers the liquid level detection unit, the first wiring, and the second wiring is provided. And further comprising the first wiring and the second wiring. Cormorant said insulating portion is characterized by being thicker than the liquid level detecting unit covering the insulating portion.

この静電容量式レベルセンサによれば、タンク上下方向に沿って設けられ、タンク上部側に設けられる検出回路から誘電率センサまでを接続する第１配線と、検出回路からタンクの下方に向かって第１配線と略平行に設けられた第２配線とを備えるため、第１配線を通じて誘電率センサの静電容量を検出し、この静電容量から第２配線による静電容量を差し引くことにより、第１配線の液位による静電容量の変化、及び、基板の温度による静電容量の変化をキャンセルすることとなる。よって、誘電率センサによる静電容量の検出精度を高めて、液体の誘電率をより正確にすることができる。また、キャンセルするにあたり第１配線に略平行に第２配線を設けるだけでよいことから、１つの電極の全周をシールド層やシールド電極で覆う必要がなく、構成の複雑化についても抑制することができる。従って、液位の変化及び温度の変化によらず誘電率をより正確に検出すると共に、構成の複雑化を抑制することができる。 According to the capacitance type level sensor, the first wiring that is provided along the vertical direction of the tank and connects the detection circuit to the dielectric constant sensor provided on the upper side of the tank, and from the detection circuit toward the lower side of the tank. By providing the second wiring provided substantially parallel to the first wiring, by detecting the capacitance of the dielectric constant sensor through the first wiring and subtracting the capacitance due to the second wiring from this capacitance, The change in capacitance due to the liquid level of the first wiring and the change in capacitance due to the temperature of the substrate are cancelled. Therefore, the detection accuracy of the capacitance by the dielectric constant sensor can be increased, and the dielectric constant of the liquid can be made more accurate. Moreover, since it is only necessary to provide the second wiring substantially parallel to the first wiring for cancellation, it is not necessary to cover the entire circumference of one electrode with a shield layer or a shield electrode, and the configuration can be prevented from being complicated. Can do. Therefore, the dielectric constant can be detected more accurately regardless of the change in the liquid level and the change in temperature, and the complication of the configuration can be suppressed.

さらに、この静電容量式レベルセンサによれば、第１配線及び第２配線を覆う絶縁部は、液位検出部を覆う絶縁部よりも厚く形成されている。ここで、液位の傾き、及び不均一な結露や液濡れがあった場合には、第１配線と第２配線との静電容量が異なってしまいキャンセル効果が低減されてしまうが、絶縁部を厚くしておくことにより液位の傾き、及び不均一な結露や液濡れがあった場合における第１配線と第２配線との静電容量の差を少なくすることができる。従って、キャンセル効果の低下を抑制することができる。 Furthermore, according to this capacitance type level sensor, the insulating part covering the first wiring and the second wiring is formed thicker than the insulating part covering the liquid level detection part. Here, if there is a tilt of the liquid level and non-uniform condensation or liquid wetting, the capacitance of the first wiring and the second wiring will be different and the cancellation effect will be reduced. By increasing the thickness, it is possible to reduce the difference in capacitance between the first wiring and the second wiring in the case of liquid level inclination and uneven condensation or liquid wetting. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the canceling effect.

また、本発明の静電容量式レベルセンサにおいて、前記第１配線及び前記第２配線の一方をグランド接続する信号切替部をさらに備え、前記第１配線と前記第２配線との間の距離は、前記第１配線及び前記第２配線と前記液位検出部との間の距離よりも短くされていることが好ましい。 The capacitance level sensor of the present invention further includes a signal switching unit that connects one of the first wiring and the second wiring to the ground, and the distance between the first wiring and the second wiring is The distance between the first wiring and the second wiring and the liquid level detection unit is preferably shorter.

この静電容量式レベルセンサによれば、第１配線及び第２配線の一方をグランド接続する信号切替部をさらに備え、第１配線と第２配線との間の距離は、第１配線及び第２配線と液位検出部との間の距離よりも短くされている。このため、計測に使用しない第１配線及び第２配線の一方をグランド接続することにより、第１配線と第２配線との静電結合が、第１配線及び第２配線と液位検出部の電極との静電結合よりも支配的となり、キャンセル効果の低下を抑制することができる。 The capacitance type level sensor further includes a signal switching unit that grounds one of the first wiring and the second wiring, and the distance between the first wiring and the second wiring is the first wiring and the second wiring. It is made shorter than the distance between 2 wiring and a liquid level detection part. For this reason, by connecting one of the first wiring and the second wiring that are not used for measurement to the ground, the electrostatic coupling between the first wiring and the second wiring is caused by the first wiring, the second wiring, and the liquid level detection unit. It becomes more dominant than the electrostatic coupling with the electrode, and the reduction of the cancellation effect can be suppressed.

本発明によれば、液位の変化及び温度の変化によらず誘電率をより正確に検出すると共に、構成の複雑化を抑制することが可能な静電容量式レベルセンサを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while detecting a dielectric constant more correctly irrespective of the change of a liquid level and a change of a temperature, the electrostatic capacitance type level sensor which can suppress complication of a structure can be provided. .

本発明の実施形態に係る静電容量式レベルセンサを示す構成図である。It is a block diagram which shows the electrostatic capacitance type level sensor which concerns on embodiment of this invention. 図１に示したＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing shown in FIG. 本実施形態に係る静電容量式レベルセンサの液位検出方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the liquid level detection method of the electrostatic capacitance type level sensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る静電容量式レベルセンサの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the electrostatic capacitance type level sensor which concerns on this embodiment. 液位と静電容量との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with a liquid level and an electrostatic capacitance. 液位が傾いた場合を示す概略図である。It is the schematic which shows the case where a liquid level inclines. 本実施形態に係る静電結合状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the electrostatic coupling state which concerns on this embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下、実施形態に基づいて本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られるものではない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments.

図１は、本発明の実施形態に係る静電容量式レベルセンサを示す構成図である。図１に示すように、静電容量式レベルセンサ１は、タンク内の液面レベル（液位）を検出するものであって、センサ部１０と、検出回路２０とを備えている。センサ部１０は、液位に応じた信号を出力するものであって、液位検出部１１と、誘電率センサ部１２と、これらが形成される基板１３とを備えている。 FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a capacitive level sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the capacitance type level sensor 1 detects a liquid level (liquid level) in a tank, and includes a sensor unit 10 and a detection circuit 20. The sensor unit 10 outputs a signal corresponding to the liquid level, and includes a liquid level detection unit 11, a dielectric constant sensor unit 12, and a substrate 13 on which these are formed.

液位検出部１１は、タンク上下方向に沿って設けられた駆動電極１１ａと、タンク上下方向に沿って設けられ駆動電極１１ａと対向して配置される測定電極１１ｂとを備えている。このうち、駆動電極１１ａには所定の駆動用の交流信号が入力される。また、駆動電極１１ａと測定電極１１ｂとは、図１に示すように互いに櫛歯形状とされており、互いの櫛歯が噛み合うように配置されている。 The liquid level detection unit 11 includes a drive electrode 11a provided along the tank vertical direction, and a measurement electrode 11b provided along the tank vertical direction and disposed to face the drive electrode 11a. Among them, a predetermined driving AC signal is input to the driving electrode 11a. Further, the drive electrode 11a and the measurement electrode 11b have a comb-teeth shape as shown in FIG. 1, and are arranged so that the respective comb teeth mesh with each other.

ここで、駆動電極１１ａと測定電極１１ｂとは互いに容量素子を形成することとなる。また、液体の誘電率は空気の誘電率よりも十分に大きい。このため、駆動電極１１ａと測定電極１１ｂとからなる容量素子の静電容量は液位が高くなるほど大きくなる。検出回路２０は、このような傾向からタンク内の液位を検出することとなる。 Here, the drive electrode 11a and the measurement electrode 11b form a capacitive element with each other. Further, the dielectric constant of the liquid is sufficiently larger than that of air. For this reason, the capacitance of the capacitive element composed of the drive electrode 11a and the measurement electrode 11b increases as the liquid level increases. The detection circuit 20 detects the liquid level in the tank from such a tendency.

誘電率センサ部１２は、液体の誘電率を検出すべくタンク底部に設けられた誘電率センサ１２ａと、タンク上下方向に沿って設けられ、タンク上部側に設けられる検出回路２０から誘電率センサ１２ａまでを接続する第１配線１２ｂとを備えている。 The dielectric constant sensor unit 12 includes a dielectric constant sensor 12a provided at the bottom of the tank to detect the dielectric constant of the liquid, and a dielectric constant sensor 12a provided from the detection circuit 20 provided along the vertical direction of the tank and provided on the upper side of the tank. And a first wiring 12b for connecting up to.

誘電率センサ１２ａは、対向する電極によって構成され、図１に示すように基板１３が９０度に折り曲げられた折り曲げ部１３ａに設けられている。また、誘電率センサ１２ａの電極は、折り曲げ部１３ａに設けられることから、タンク上下方向と直行するタンク平面方向に沿って設けられることとなる。さらに、誘電率センサ１２ａの電極は、液位検出部１１と同様に互いに櫛歯形状とされており噛み合うように配置されている。 The dielectric constant sensor 12a is composed of opposed electrodes, and is provided in a bent portion 13a in which the substrate 13 is bent at 90 degrees as shown in FIG. Moreover, since the electrode of the dielectric constant sensor 12a is provided at the bent portion 13a, it is provided along the tank plane direction perpendicular to the tank vertical direction. Furthermore, the electrodes of the dielectric constant sensor 12a are comb-shaped like the liquid level detection unit 11, and are arranged so as to mesh with each other.

また、誘電率センサ１２ａを構成する一方の電極は、液位検出部１１の駆動電極１１ａと連続しており、所定の駆動用の交流信号が入力される。第１配線１２ｂは、誘電率センサ１２ａの他方の電極と検出回路２０とを接続するものであり、一端が他の配線等を介して検出回路２０と接続され、他端が誘電率センサ１２ａの他方の電極に接続されている。また、第１配線１２ｂは、液位検出部１１と一定の距離を隔てて略平行に配置されている。 In addition, one electrode constituting the dielectric constant sensor 12a is continuous with the drive electrode 11a of the liquid level detection unit 11, and a predetermined drive AC signal is input thereto. The first wiring 12b connects the other electrode of the dielectric constant sensor 12a and the detection circuit 20, one end of which is connected to the detection circuit 20 through another wiring and the other end of the dielectric constant sensor 12a. Connected to the other electrode. The first wiring 12b is disposed substantially in parallel with the liquid level detection unit 11 with a certain distance.

検出回路２０は、静電容量計測部２１と、演算部２２とを備えている。静電容量計測部２１は、液位検出部１１及び誘電率センサ１２ａの静電容量を計測するものである。演算部２２は、これらの静電容量に基づいて、タンク内の液位を検出するものである。 The detection circuit 20 includes a capacitance measurement unit 21 and a calculation unit 22. The capacitance measuring unit 21 measures the capacitance of the liquid level detecting unit 11 and the dielectric constant sensor 12a. The calculating part 22 detects the liquid level in a tank based on these electrostatic capacitances.

より詳細に検出回路２０は、液位検出部１１の駆動電極１１ａ及び誘電率センサ１２ａの一方の電極に、所定の駆動用の交流信号を入力する。次いで、静電容量計測部２１は、誘電率センサ１２ａの静電容量を検出し、演算部２２は、誘電率センサ１２ａの静電容量から液体の誘電率を検出する。 More specifically, the detection circuit 20 inputs a predetermined drive AC signal to the drive electrode 11a of the liquid level detection unit 11 and one electrode of the dielectric constant sensor 12a. Next, the capacitance measuring unit 21 detects the capacitance of the dielectric constant sensor 12a, and the calculation unit 22 detects the dielectric constant of the liquid from the capacitance of the dielectric constant sensor 12a.

次に、静電容量計測部２１は、液位検出部１１の静電容量を検出する。そして、演算部２２は、液体の誘電率と液位検出部１１の静電容量とからタンク内の液位を検出することとなる。 Next, the capacitance measuring unit 21 detects the capacitance of the liquid level detecting unit 11. And the calculating part 22 will detect the liquid level in a tank from the dielectric constant of a liquid, and the electrostatic capacitance of the liquid level detection part 11. FIG.

さらに、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１は、センサ部１０に第２配線１４を備えている。第２配線１４は基板１３上に形成され、検出回路２０からタンクの下方に向かって第１配線１２ｂと略平行に隣接して設けられている。この第２配線１４の一端は他の配線等を介して検出回路２０と接続され、他端はタンクの底面近傍まで伸びており、その長さは第１配線１２ｂと略同一である。 Furthermore, the capacitive level sensor 1 according to the present embodiment includes the second wiring 14 in the sensor unit 10. The second wiring 14 is formed on the substrate 13 and is provided adjacent to and substantially parallel to the first wiring 12b from the detection circuit 20 toward the lower side of the tank. One end of the second wiring 14 is connected to the detection circuit 20 via another wiring or the like, and the other end extends to the vicinity of the bottom surface of the tank, and the length thereof is substantially the same as the first wiring 12b.

図２は、図１に示したＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、第１配線１２ｂと第２配線１４との間の距離Ｌ１は、第１配線１２ｂ及び第２配線１４と液位検出部１１との間の距離Ｌ２，Ｌ３（より詳細には所定の駆動用の交流信号が入力される電極との距離であって本実施形態では駆動電極１１ａとの距離）よりも短くなっている。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. As shown in FIG. 2, the distance L1 between the first wiring 12b and the second wiring 14 is the distance L2, L3 between the first wiring 12b and the second wiring 14 and the liquid level detection unit 11 (more details). Is a distance from an electrode to which a predetermined driving AC signal is input, and is shorter than a distance from the driving electrode 11a in this embodiment.

さらに、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１は、図１に示すように、検出回路２０に信号切替部２３を備えている。信号切替部２３は、第１配線１２ｂ及び第２配線１４の一方をグランド接続するものである。 Furthermore, the capacitive level sensor 1 according to the present embodiment includes a signal switching unit 23 in the detection circuit 20 as shown in FIG. The signal switching unit 23 connects one of the first wiring 12b and the second wiring 14 to the ground.

また、図２に示すように、基板１３には液位検出部１１並びに第１及び第２配線１２ｂ，１４のパターンが形成され、このパターンを覆うように絶縁部１５が形成されている。また、図２からも明らかなように、第１配線１２ｂ及び第２配線１４を覆う絶縁部１５ａは、液位検出部１１を覆う絶縁部１５ｂよりも厚く形成されている。すなわち絶縁部１５ａは、基板平面に直交する方向に、絶縁部１５ｂよりも厚く形成されている。 In addition, as shown in FIG. 2, a pattern of the liquid level detection unit 11 and the first and second wirings 12b and 14 is formed on the substrate 13, and an insulating unit 15 is formed so as to cover the pattern. As is clear from FIG. 2, the insulating portion 15 a that covers the first wiring 12 b and the second wiring 14 is formed to be thicker than the insulating portion 15 b that covers the liquid level detection section 11. That is, the insulating part 15a is formed thicker than the insulating part 15b in the direction orthogonal to the substrate plane.

次に、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１の液位検出方法を詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１の液位検出方法を示すフローチャートである。まず、信号切替部２３は、第２配線１４をグランド接続する（Ｓ１）。 Next, the liquid level detection method of the capacitive level sensor 1 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 3 is a flowchart showing a liquid level detection method of the capacitive level sensor 1 according to this embodiment. First, the signal switching unit 23 grounds the second wiring 14 (S1).

そして、静電容量計測部２１は誘電率センサ１２ａの静電容量を検出する（Ｓ２）。次いで、信号切替部２３は、第１配線１２ｂをグランド接続する（Ｓ３）。そして、静電容量計測部２１は、第２配線１４の静電容量を検出する（Ｓ４）。 And the electrostatic capacitance measurement part 21 detects the electrostatic capacitance of the dielectric constant sensor 12a (S2). Next, the signal switching unit 23 connects the first wiring 12b to the ground (S3). And the electrostatic capacitance measurement part 21 detects the electrostatic capacitance of the 2nd wiring 14 (S4).

その後、静電容量計測部２１は、ステップＳ２にて検出した静電容量から、ステップＳ４にて検出した静電容量を減算する（Ｓ５）。次いで、演算部２２は、ステップＳ５における静電容量から、液体の誘電率を演算する（Ｓ６）。 Thereafter, the capacitance measuring unit 21 subtracts the capacitance detected in step S4 from the capacitance detected in step S2 (S5). Next, the calculation unit 22 calculates the dielectric constant of the liquid from the capacitance in step S5 (S6).

次に、静電容量計測部２１は、液位検出部１１の静電容量を検出し（Ｓ７）、演算部２２は、ステップＳ７にて検出した静電容量と、ステップＳ６にて演算した誘電率とに基づいて、液位を検出する（Ｓ８）。そして、図３に示す動作は終了することとなる。 Next, the capacitance measurement unit 21 detects the capacitance of the liquid level detection unit 11 (S7), and the calculation unit 22 calculates the capacitance detected in step S7 and the dielectric calculated in step S6. The liquid level is detected based on the rate (S8). Then, the operation shown in FIG. 3 ends.

次に、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１の作用を説明する。本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１は上記構成且つ上記動作によって以下の作用を奏する。図４は、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１の等価回路を示す図である。 Next, the operation of the capacitive level sensor 1 according to this embodiment will be described. The capacitance type level sensor 1 according to the present embodiment has the following effects by the above configuration and the above operation. FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the capacitance type level sensor 1 according to the present embodiment.

図４に示すように静電容量に着目した等価回路は、検出回路２０に接続される複数のコンデンサＣ１〜Ｃ４によって構成されている。ここで、第１コンデンサＣ１は液位検出部１１に相当し、第２コンデンサＣ２は誘電率センサ１２ａに相当する。また、第２コンデンサＣ２と並列接続される第３コンデンサＣ３は第１配線１２ｂに相当し、第４コンデンサＣ４は第２配線１４に相当する。 As shown in FIG. 4, the equivalent circuit focusing on the capacitance is configured by a plurality of capacitors C <b> 1 to C <b> 4 connected to the detection circuit 20. Here, the first capacitor C1 corresponds to the liquid level detection unit 11, and the second capacitor C2 corresponds to the dielectric constant sensor 12a. The third capacitor C3 connected in parallel with the second capacitor C2 corresponds to the first wiring 12b, and the fourth capacitor C4 corresponds to the second wiring 14.

この等価回路から明らかなように、図３のステップＳ２にて検出される静電容量は、実際には誘電率センサ１２ａの静電容量と第１配線１２ｂの静電容量との合算となってしまう。ここで、第１配線１２ｂの静電容量は液位変化や基板１３の温度変化に応じて変化してしまうため、誘電率センサ１２ａの静電容量を正確に検出することができず、液体の誘電率の検出精度低下を招いてしまう。 As is apparent from this equivalent circuit, the capacitance detected in step S2 in FIG. 3 is actually the sum of the capacitance of the dielectric constant sensor 12a and the capacitance of the first wiring 12b. End up. Here, since the capacitance of the first wiring 12b changes according to the change in the liquid level or the temperature of the substrate 13, the capacitance of the dielectric constant sensor 12a cannot be accurately detected. The detection accuracy of the dielectric constant will be reduced.

そこで、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１では第２配線１４を備え、図３に示したステップＳ４において第２配線１４の静電容量を検出し、ステップＳ５においてステップＳ２にて検出した静電容量から減算することとしている。ここで、第１配線１２ｂの静電容量と第２配線１４の静電容量とは略同じと想定されることから、図４の等価回路に示すように、第２及び第３コンデンサＣ２，Ｃ３の静電容量の合算から第４コンデンサＣ４の静電容量を減算することにより、誘電率センサ１２ａの静電容量のみを計測することが可能となる。すなわち、図４に示す破線で囲まれる第３コンデンサＣ３の静電容量が第４コンデンサＣ４の静電容量によりキャンセルされることなり、誘電率センサ１２ａの静電容量のみを計測することが可能となる。よって、液位変化や基板１３の温度変化に左右されることなく、誘電率センサ１２ａの静電容量を正確に検出して、液体の誘電率の検出精度を高めることができる。 Therefore, the capacitance level sensor 1 according to the present embodiment includes the second wiring 14, detects the capacitance of the second wiring 14 in step S4 shown in FIG. 3, and detects in step S2 in step S5. Subtraction from the measured capacitance. Here, since the capacitance of the first wiring 12b and the capacitance of the second wiring 14 are assumed to be substantially the same, the second and third capacitors C2, C3 are shown in the equivalent circuit of FIG. By subtracting the capacitance of the fourth capacitor C4 from the sum of the capacitances, it is possible to measure only the capacitance of the dielectric constant sensor 12a. That is, the capacitance of the third capacitor C3 surrounded by the broken line shown in FIG. 4 is canceled by the capacitance of the fourth capacitor C4, and only the capacitance of the dielectric constant sensor 12a can be measured. Become. Therefore, the capacitance of the dielectric constant sensor 12a can be accurately detected without being affected by the liquid level change or the temperature change of the substrate 13, and the detection accuracy of the liquid dielectric constant can be improved.

図５は、液位と静電容量との相関を示す図である。図５に示すように、第１配線１２ｂの静電容量は液位が高くなるのに応じて上昇する傾向にある（符号Ｃ３参照）。また、第１配線１２ｂの静電容量は基板１３の温度変化に応じて変化する傾向がある（符号Ｃ３’参照）。 FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the liquid level and the capacitance. As shown in FIG. 5, the capacitance of the first wiring 12b tends to increase as the liquid level increases (see reference C3). Further, the capacitance of the first wiring 12b tends to change according to the temperature change of the substrate 13 (see reference numeral C3 ').

このため、図５に示すように、誘電率センサ１２ａの静電容量を計測した場合には、上記の傾向が反映されて計測されることとなる。すなわち、誘電率センサ１２ａの静電容量を計測した場合、静電容量は液位が高くなるのに応じて上昇し（符号Ｃ２＋Ｃ３参照）、温度変化に応じて変化する傾向がある（符号Ｃ２＋Ｃ３’参照）。 For this reason, as shown in FIG. 5, when the electrostatic capacitance of the dielectric constant sensor 12a is measured, the above tendency is reflected and measured. That is, when the capacitance of the dielectric constant sensor 12a is measured, the capacitance increases as the liquid level increases (see reference C2 + C3), and tends to change according to temperature change (reference C2 + C3 ′). reference).

しかし、上記したように、本実施形態では第２及び第３コンデンサＣ２，Ｃ３の静電容量の合算から第４コンデンサＣ４の静電容量を減算することにより、上記傾向による影響をキャンセルして誘電率センサ１２ａの静電容量のみを計測することができる。 However, as described above, in this embodiment, by subtracting the capacitance of the fourth capacitor C4 from the sum of the capacitances of the second and third capacitors C2 and C3, the influence of the above tendency is canceled and the dielectric Only the capacitance of the rate sensor 12a can be measured.

さらに、本実施形態では以下の作用を奏する。図６は、液位が傾いた場合を示す概略図である。例えば図６に示すように液位が傾いた場合、第１配線１２ｂと第２配線１４との静電容量は異なることとなる。より詳細に第１配線の１２ｂの領域Ｒ１と第２配線１４の領域Ｒ２との静電容量は同じであるが、液位が傾いたことにより第１配線の１２ｂの領域Ｒ３と第２配線１４の領域Ｒ４とで静電容量が異なってしまう。しかし、第１配線１２ｂ及び第２配線１４を覆う絶縁部１５ａが、液位検出部１１を覆う絶縁部１５ｂよりも厚く形成されているため、静電容量の差を小さくすることができる。 Furthermore, in this embodiment, the following effects are exhibited. FIG. 6 is a schematic view showing a case where the liquid level is inclined. For example, when the liquid level is tilted as shown in FIG. 6, the electrostatic capacitances of the first wiring 12b and the second wiring 14 are different. More specifically, the capacitance R12 of the first wiring 12b and the capacitance R2 of the second wiring 14 are the same, but the region R3 of the first wiring 12b and the second wiring 14 due to the tilted liquid level. The capacitance of the region R4 is different. However, since the insulating part 15a that covers the first wiring 12b and the second wiring 14 is formed thicker than the insulating part 15b that covers the liquid level detection part 11, the difference in capacitance can be reduced.

具体的に静電容量に影響する電気力線の本数は、以下の式により表すことができる。

なお、Ｅは電気力線の本数（本／ｍ^２）であり、εは誘電率であり、ｒは距離（ｍ）であり、Ｑ（ｃ）は電荷である。 Specifically, the number of lines of electric force that affect the capacitance can be expressed by the following equation.

E is the number of lines of electric force (lines / m ² ), ε is the dielectric constant, r is the distance (m), and Q (c) is the electric charge.

この式から明らかなように、電気力線の本数Ｅは距離ｒの二乗に反比例することとなる。すなわち、絶縁部１５ａを厚くすることで例えば第１配線１２ｂから領域Ｒ３の液体までの距離ｒ、及び、第２配線１４から領域Ｒ４の空気（気体）までの距離ｒを大きくすることができ、上記式からも明らかなように電気力線の本数Ｅの差を少なくすることができる。よって、第１配線の１２ｂの領域Ｒ３と第２配線１４の領域Ｒ４との静電容量の差を小さくして、キャンセル効果の低下を抑制することができる。 As is apparent from this equation, the number E of electric lines of force is inversely proportional to the square of the distance r. That is, by increasing the thickness of the insulating portion 15a, for example, the distance r from the first wiring 12b to the liquid in the region R3 and the distance r from the second wiring 14 to the air (gas) in the region R4 can be increased. As is clear from the above formula, the difference in the number E of the lines of electric force can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the difference in electrostatic capacitance between the region R3 of the first wiring 12b and the region R4 of the second wiring 14, and suppress a reduction in the cancellation effect.

なお、上記は、液位の傾きに限らず、不均一な結露や液濡れの場合（例えば図６の符号Ｂに水滴が付着している場合）にも同様に、第１配線の１２ｂと第２配線１４との静電容量の差を小さくして、キャンセル効果の低下を抑制することができる。 Note that the above is not limited to the inclination of the liquid level, and similarly in the case of non-uniform condensation or liquid wetting (for example, when water droplets are attached to the symbol B in FIG. 6), By reducing the difference in capacitance with the two wires 14, it is possible to suppress a decrease in the cancellation effect.

加えて、本実施形態では以下の作用を奏する。図７は、本実施形態に係る静電結合状態を示す概念図である。本実施形態では図３のステップＳ１にて説明したように、第２配線１４をグランド接続する。このとき、静電結合状態は図７（ａ）に示すようになる。また、本実施形態では図３のステップＳ３にて説明したように、第１配線１２ｂをグランド接続する。このとき、静電結合状態は図７（ｂ）に示すようになる。 In addition, this embodiment has the following effects. FIG. 7 is a conceptual diagram showing an electrostatic coupling state according to the present embodiment. In the present embodiment, as described in step S1 of FIG. 3, the second wiring 14 is grounded. At this time, the electrostatic coupling state is as shown in FIG. In the present embodiment, the first wiring 12b is grounded as described in step S3 of FIG. At this time, the electrostatic coupling state is as shown in FIG.

すなわち、第１配線１２ｂと第２配線１４とは隣接配置され、その間の距離Ｌ１は、第１配線１２ｂ及び第２配線１４と液位検出部１１との距離Ｌ２，Ｌ３（すなわち駆動電極１１ａとの距離Ｌ２，Ｌ３）よりも短くなっている。よって、第１配線１２ｂと第２配線１４との静電結合が、第１配線１２ｂ及び第２配線１４と液位検出部１１の駆動電極１１ａとの静電結合よりも支配的となり、キャンセル効果が低下してしまうことを防止することができる。 That is, the first wiring 12b and the second wiring 14 are arranged adjacent to each other, and the distance L1 between them is the distances L2 and L3 between the first wiring 12b and the second wiring 14 and the liquid level detection unit 11 (that is, the driving electrode 11a). Distances L2 and L3). Therefore, the electrostatic coupling between the first wiring 12b and the second wiring 14 becomes more dominant than the electrostatic coupling between the first wiring 12b and the second wiring 14 and the drive electrode 11a of the liquid level detection unit 11, and the canceling effect. Can be prevented from decreasing.

このようにして、本実施形態に係る静電容量式レベルセンサ１によれば、タンク上下方向に沿って設けられ、タンク上部側に設けられる検出回路２０から誘電率センサ１２ａまでを接続する第１配線１２ｂと、検出回路２０からタンクの下方に向かって第１配線１２ｂと略平行に設けられた第２配線１４とを備えるため、第１配線１２ｂを通じて誘電率センサ１２ａの静電容量を検出し、この静電容量から第２配線１４による静電容量を差し引くことにより、第１配線１２ｂの液位による静電容量の変化、及び、基板１３の温度による静電容量の変化をキャンセルすることとなる。よって、誘電率センサ１２ａによる静電容量の検出精度を高めて、液体の誘電率をより正確にすることができる。また、キャンセルするにあたり第１配線１２ｂに略平行に第２配線１４を設けるだけでよいことから、１つの電極の全周をシールド層やシールド電極で覆う必要がなく、構成の複雑化についても抑制することができる。従って、液位の変化及び温度の変化によらず誘電率をより正確に検出すると共に、構成の複雑化を抑制することができる。 In this way, according to the capacitive level sensor 1 according to the present embodiment, the first circuit that is provided along the tank vertical direction and connects from the detection circuit 20 provided on the tank upper side to the dielectric constant sensor 12a. Since the wiring 12b and the second wiring 14 provided substantially parallel to the first wiring 12b from the detection circuit 20 to the lower side of the tank are provided, the capacitance of the dielectric constant sensor 12a is detected through the first wiring 12b. By subtracting the capacitance due to the second wiring 14 from this capacitance, the change in capacitance due to the liquid level of the first wiring 12b and the change in capacitance due to the temperature of the substrate 13 are cancelled. Become. Therefore, the detection accuracy of the capacitance by the dielectric constant sensor 12a can be increased, and the dielectric constant of the liquid can be made more accurate. Moreover, since it is only necessary to provide the second wiring 14 substantially in parallel with the first wiring 12b for canceling, it is not necessary to cover the entire circumference of one electrode with a shield layer or a shield electrode, and the configuration is also prevented from being complicated. can do. Therefore, the dielectric constant can be detected more accurately regardless of the change in the liquid level and the change in temperature, and the complication of the configuration can be suppressed.

また、第１配線１２ｂ及び第２配線１４を覆う絶縁部１５ａは、液位検出部１１を覆う絶縁部１５ｂよりも厚く形成されている。ここで、液位の傾き、及び不均一な結露や液濡れがあった場合には、第１配線１２ｂと第２配線１４との静電容量が異なってしまいキャンセル効果が低減されてしまうが、絶縁部１５ａを厚くしておくことにより液位の傾き、及び不均一な結露や液濡れがあった場合における第１配線１２ｂと第２配線１４との静電容量の差を少なくすることができる。従って、キャンセル効果の低下を抑制することができる。 The insulating portion 15 a that covers the first wiring 12 b and the second wiring 14 is formed to be thicker than the insulating portion 15 b that covers the liquid level detection unit 11. Here, when there is a tilt of the liquid level and uneven condensation or liquid wetting, the capacitance of the first wiring 12b and the second wiring 14 is different, and the cancellation effect is reduced. By thickening the insulating portion 15a, it is possible to reduce the difference in capacitance between the first wiring 12b and the second wiring 14 in the case of liquid level inclination and uneven condensation or liquid wetting. . Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the canceling effect.

また、第１配線１２ｂ及び第２配線１４の一方をグランド接続する信号切替部２３をさらに備え、第１配線１２ｂと第２配線１４との間の距離Ｌ１は、第１配線１２ｂ及び第２配線１４と液位検出部１１との間の距離Ｌ２，Ｌ３よりも短くされている。このため、計測に使用しない第１配線１２ｂ及び第２配線１４の一方をグランド接続することにより、第１配線１２ｂと第２配線１４との静電結合が、第１配線１２ｂ及び第２配線１４と液位検出部１１の電極１１ａとの静電結合よりも支配的となり、キャンセル効果の低下を抑制することができる。 The signal switching unit 23 further connects one of the first wiring 12b and the second wiring 14 to the ground, and the distance L1 between the first wiring 12b and the second wiring 14 is the first wiring 12b and the second wiring. 14 is shorter than the distances L2 and L3 between the liquid level detection unit 11 and the liquid level detection unit 11. For this reason, when one of the first wiring 12b and the second wiring 14 not used for measurement is grounded, electrostatic coupling between the first wiring 12b and the second wiring 14 is performed. And the electrostatic coupling between the liquid level detection unit 11 and the electrode 11a, it is possible to suppress the cancellation effect from being lowered.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。 As described above, the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態において第１配線１２ｂと第２配線１４との位置は逆となっていてもよいし、これら配線１２ｂ，１４と液位検出部１１との位置が逆となっていてもよい。また、液位検出部１１についても駆動電極１１ａと測定電極１１ｂとの位置が逆となっていてもよい。さらに、第１配線１２ｂと第２配線１４とは略平行に設けられていていればよく、完全に平行でなくともよい。加えて、第１配線１２ｂと第２配線１４とのいずれか一方をタンク上下方向にやや傾きを持って配置してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the positions of the first wiring 12b and the second wiring 14 may be reversed, and the positions of the wirings 12b and 14 and the liquid level detection unit 11 may be reversed. . Further, the position of the drive electrode 11a and the measurement electrode 11b in the liquid level detection unit 11 may be reversed. Furthermore, the first wiring 12b and the second wiring 14 may be provided substantially in parallel, and may not be completely parallel. In addition, one of the first wiring 12b and the second wiring 14 may be arranged with a slight inclination in the tank vertical direction.

また、本実施形態において液位検出部１１、誘電率センサ１２ａ、第１配線１２ｂ、及び第２配線１４は、平面パターンの電極で構成されている。このため、電極の製造コストが抑えられ、静電容量式レベルセンサ１を一層安価に構成することができるが、特にこれに限らず、２層構造等になっていてもよい。 In the present embodiment, the liquid level detection unit 11, the dielectric constant sensor 12a, the first wiring 12b, and the second wiring 14 are configured by electrodes having a planar pattern. For this reason, the manufacturing cost of the electrode is suppressed, and the capacitance type level sensor 1 can be configured at a lower cost. However, the present invention is not limited to this, and a two-layer structure or the like may be used.

１…静電容量式レベルセンサ
１０…センサ部
１１…液位検出部
１１ａ…駆動電極
１１ｂ…測定電極
１２…誘電率センサ部
１２ａ…誘電率センサ
１２ｂ…第１配線
１３…基板
１３ａ…折り曲げ部
１４…第２配線
１５，１５ａ，１５ｂ…絶縁部
２０…検出回路
２１…静電容量測定部
２２…演算部
２３…信号切替部
Ｃ１〜Ｃ４…コンデンサ
Ｌ１〜Ｌ３…距離 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Capacitance type level sensor 10 ... Sensor part 11 ... Liquid level detection part 11a ... Drive electrode 11b ... Measurement electrode 12 ... Dielectric constant sensor part 12a ... Dielectric constant sensor 12b ... First wiring 13 ... Substrate 13a ... Bending part 14 ... 2nd wiring 15, 15a, 15b ... Insulating part 20 ... Detection circuit 21 ... Capacitance measuring part 22 ... Calculation part 23 ... Signal switching part C1-C4 ... Capacitor L1-L3 ... Distance

Claims

A liquid level detection unit comprising opposing electrodes provided along the vertical direction of the tank, and a detection circuit provided on the tank upper side for detecting the liquid level according to the capacitance of the liquid level detection unit. A capacitive level sensor,
A dielectric constant sensor provided at the bottom of the tank to detect the dielectric constant of the liquid;
A linear first wiring that is provided along the tank vertical direction and connects the detection circuit to the dielectric constant sensor;
A linear second wiring provided substantially in parallel with the first wiring from the detection circuit toward the lower side of the tank,
The second wiring is provided between the liquid level detection unit and the first wiring ,
An insulating part that covers the liquid level detection unit, the first wiring, and the second wiring;
The capacitance type level sensor , wherein the insulating part covering the first wiring and the second wiring is formed thicker than the insulating part covering the liquid level detection part .

A signal switching unit for grounding one of the first wiring and the second wiring;
The distance between the first wiring and the second wiring claim 1, characterized in that it is shorter than the distance between the first wiring and the second wiring and the liquid level detector capacitive level sensor according to.

A liquid level detection unit comprising opposing electrodes provided along the vertical direction of the tank, and a detection circuit provided on the tank upper side for detecting the liquid level according to the capacitance of the liquid level detection unit. A capacitive level sensor,
A dielectric constant sensor provided at the bottom of the tank to detect the dielectric constant of the liquid;
A first wiring that is provided along the tank vertical direction and connects the detection circuit to the dielectric constant sensor;
A second wiring provided substantially parallel to the first wiring from the detection circuit toward the lower side of the tank;
An insulating part covering the liquid level detection part, the first wiring and the second wiring,
The capacitance type level sensor, wherein the insulating part covering the first wiring and the second wiring is formed thicker than the insulating part covering the liquid level detection part.