JPH02251722A - 水位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、例えばポット等のよう令容器内の水位を検出
するために使用される水位センサに関する。

（従来の技術） この種の水位センサは、ポット内に入っているお湯の水
位に応じて所定船の楊を出すために使用されている。従
来の水位センサの１つとして、ポット内の貯水槽の底部
を介して貯水槽と連通し、貯水槽の底部から最上部に向
がって延出したガラスパイプ等からなる耐水性管体の外
周面に一対の導ｆｉｌｌ＊を対向させて取り付け、この
管体内にポット内の液体がその水位まで進入した場合、
この水位に応じて一対の導１！膜間の静電容量が変化す
ることを利用した静電容量式水位センサがある。

このような静電容量式水位センサにおいて、前２導電膜
の絶縁性管体の外周面への取り付けは、絶縁性管体の外
周面に沿うように加工した金ｊＩ膜を貼り付けたり、ま
たは押し付けるとか、蒸着法で形成する等しておこなっ
ている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の水位センサにおいて、前記導電膜の絶縁性管体の
外周面への取り付けは、上述したように、金属膜を貼り
付けたり、または押し付けるとか、蒸着法で形成する等
しておこなっているが、前者は構造および工程が？！雑
であり、後者は費用が割高で、かつ導電膜の形状精度が
良くないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、安価でかつ簡便で、高い精度をもって水位
を検出することができる水位センサを提供することにあ
る。

［発明の構成］ （１１題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の水位センサは、貯水
槽内の液体の水位を検出する水位センサであって、前記
貯水槽の底部を介して該貯水槽と連通し、貯水槽の底部
から最上部とほぼ同じ高さまで延出する絶縁性管体と、
該絶縁性管体内に貯水槽から進入する液体の水位に応じ
て電気的特性を変化するように前記絶縁性管体の外周面
に設けられる１３ｍ膜と、該導電膜を封止し、この封止
した導ＭＰＩＡを前記絶縁性管体の外周面に巻き付ける
ためのシート状耐水フィルムとを有することを要旨とす
る。

また、本発明の水位センサは、貯水槽内の液体の水位を
検出する水位センサであって、前記貯水槽の底部を介し
て該貯水槽と連通し、貯水槽の底部から最上部とほぼ同
じ高さまで鉛直方向に対して傾斜して延出する絶縁性管
体と、該絶縁性管体内に貯水槽から進入する液体の水位
に応じて電気的特性を変化するように前記絶縁性管体に
外周面に設けられる導電膜とを有することを要旨とする
。

（作用） 本発明の水位センサでは、導！ＩＧｉをシート状耐水フ
ィルムで封止して管体の外周面に巻き付けている。

また、本発明の水位センサでは、導ＮＷＡを巻き付けた
絶縁性管体を鉛直方向に対して傾斜して延出している。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる水位センサを適用し
たポットの要部の内部構造を示す断面図である。同図に
示すポットは、内部にお湯等の液体を貯蔵する貯水槽１
を有し、この貯水槽１の下方には保温用ヒータ３および
沸騰加熱用ヒータ５が設けられている。

第１図に示すポットは、お瀾を出すために、上部等に設
けられている操作部を操作すると、貯水槽１に貯蔵され
ている液体の水位に応じて一定量の液体を出すものであ
り、この水位を検出するために、絶縁性管体であるバイ
ブ７が設けられている。このバイブ７は、貯水槽１の底
部から貯水槽１に連通するとともに、貯水槽１の底部か
ら最上部に向かって延出している。この結果、該バイブ
７内には貯水槽１内の液体が該貯水槽１の底部から貯水
槽１内の水位と同じ高さまで進入することになる。

このバイブ７は、第２図（ａ　）に一部を拡大して示し
ているが、このバイブ７の外周面上に耐水フィルム９に
よって封止された一対の導電膜１１が巻き付けられて固
定されている。この一対の導電１ｇ１１１は、第２図（
ｂ）に示す断面図かられかるように対向して設けられ、
パイプ７内に貯水槽１内の液体が進入した場合、この対
向する一対の導電膜１１の間には、耐水フィルム９と絶
縁性バイブ７の他に空気または進入した液体が存在する
ことになるが、空気と液体、具体的には水とでは誘電率
が異なるため、バイブ７に液体が入って対の導？！！膜
１１間の水位が変化すると、この対向する一対の導電膜
１１の間の静電容量が変化す、るようになっている。そ
して、この静電容量の変化を例えば電圧または周波数に
変換し、これにより水位を検出するようになっている。

前記一対の導電膜１１を封止した耐水フィルム９は、第
３図（ａ　）および（ｂ）に展開図および断面図をそれ
ぞれ示すように構成され、導電ｗＡ１１は耐水フィルム
９内に完全に封止されて、これにより適確な精度が出せ
るとともに、パイプ７の外周面への取り付けを容易にし
ている。

第４図は、耐水フィルム９０によって前記一対の導電膜
１１以外にシールド用導電膜１３を一緒に封止したもの
である。シールド用導電膜１３は、同図（Ｃ）からよく
わかるように、パイプ７の外周面に取り付けた場合、導
電膜１１の両方または少なくとも一方を覆うように巻き
付けられ、これによりシールド効果を達成している。

第５図は、貯水槽１内の液体が前記パイプ７内に進入し
た結果、パイプ７の該局面に取り付けられている一対の
導電１１１１間で変化する静電容量に応じた周波数の信
号を発生する信号処理回路を示している。第５図の信号
処理回路においては、前述した第４図で示したように導
Ｉ！膜１１およびシールド用導ｆｆｉ躾１３を封止した
耐水フィルム９０が巻き付けられたパイプ７が使用され
、シールド用導電膜１３は回路の最低電位の例えばアー
スに接続され、導電１１１１１の一方は直列接続された
インバータ１５．１７を介して出力端子２１に接続され
、導？Ｉｆｌｌｌ１１の他方はインバータ１７の出力、
すなわちち出力端子２１に接続され、これにより発信ル
ープが形成されている。また、インバータ１５には並列
に抵抗１９が接続され、他方の出ツノ端子２３はアース
に接続されている。このように構成された信号処理回路
においては、水位によって変化する一対の導電膜１１間
の静電容−に応じた周波数の信号が出力端子２１．２３
から出力され、この出力周波数を検出することにより貯
水槽１内の液体の水位を検出することができる。

第６図は、このような水位と周波数との関係を示すグラ
フであり、同図に示すように水位が低い場合には、周波
数は高く、水位が高い場合には、周波数は低くなってい
る。

第７図は、周波数の代わりにレベルが変化する電圧を出
力する第５図と類似の信号処理回路を示している。第７
図に示す信号処理回路においても、シールド用導電膜１
３は最低電位のアースに接続され、ＩＩ電膜１１の一方
は演算増幅器２５の−・方の入力と容ｆｆ１ｃＯの基準
コンデンサ２７の一端との接続点に接続され、導電膜１
１の他方はアースに接続されている。また、演算増幅器
２５の他方の入力は出力に接続され、基準コンデンサ２
７の他端は電圧信号源２９を介して直流電圧源３１に接
続されている。このように構成されたものにおいては、
電圧信号′ｍ２９からの電圧は、貯水槽１内の水位によ
って変化する一対の導電膜１１間の静電容量と基準コン
デンサ２７の容ｆｆ１ｃｏとによって分圧され、この分
圧された電圧が演算増幅器２５を介して出力端子３３．
３５が出力される。

この出力電圧は貯水槽１内の水位によって変化する一対
の導電１１１１１間の容量によって変化するので、この
電圧を検出することにより貯水槽１内の水位を検出する
ことができる。なお、この分圧電圧■は、導電１１１１
間の静電容量をＣ３とし、電圧信号源の電、圧をＶとす
ると、Ｖ＝ＧＯ−Ｖ／（Ｑｏ　＋Ｑｓ　）となる。

第８図は、このような水位と出力電圧との関係を示すグ
ラフであり、同図に示すように水位が低い場合には、出
力電圧は高く、水位が高い場合には、出力電圧は低くな
っている。

第９図は本発明の他の実施例の内部＃Ｉ造を゛示す断面
図である。

同図に示す水位センサは、前述した第１図の水位センサ
において垂直にまっすぐ延出していたパイプ７の代わり
に図示のように傾斜したパイプ７０を使用した点が異な
るのみである。第１図に示すように、パイプ７を垂直に
まっすぐに延出した場合には、パイプ７の良さは貯水槽
１の長さによって限定されるため、水位に対するパイプ
７の長さを十分大きくとることができず、このため水位
に対する出力周波数または出力電圧の直線性が得られ難
いとともに、十分な感度も得られ難く、水位対出力周波
数または出力電圧は第６図または第８図に示すような特
性であるが、本実施例はこのような直線性および感度を
更に向上するためにバイブ７０を図示のように傾斜させ
ているものである。

パイプ７０を傾斜させることにより、水位に対するパイ
プ７０の長さを長くすることができ、これにより直線性
および感度を向上することができるのである。第１０図
を参照して、更に詳しく説明すると、はぼ鉛直方向に延
出しているパイプ７に取り付けられている導電１！１１
ａの場合には、水位差Ｈにおける導電１１３１１ａの面
ＷＡＳ１は、幅Ｗとすると、８ｌ−ＷＨであり、角度θ
傾斜させたパイプ７０に取り付けられている導１ｔｌ１
１１ｂの面積Ｓ２は、Ｓ’２＝Ｗ（Ｈ／ｃｏｓθ＋Ｗ　
ｔａｎθ）となる。すなわち、傾斜角度θを大きくする
程、水位差Ｈにより得られる静電容聞が大きくなる。

従って、前述した第５図および第７図に示すような信号
処理回路の伝達特性等の要素に併せて傾斜角度θを設定
すれば水位検出出力の直線性が改善され、感度も高くな
る。第１１図は第７図に示すような信号処理回路におい
て検出した水位に対する出力電圧を示すグラフである。

同図から水位に対する出力電圧の直線性が非常に良くな
っていることがわかる。

また、第９図に示す実施例では、パイプ７０をほぼ一定
の傾斜角度で傾斜させているが、この傾斜角度を貯水ｍ
’＋とパイプ７０の鉛直方向による位置関係で漸次変化
されるようにすれば、更に直ｍ牲および感度を改善する
ことができる。

なお、第１図に示すポットにおいて、５１は前記信号処
理回路、５３は圧縮空気形成用ポンプ、５５は該ポンプ
に連結され、貯水槽１の上部の空気層に圧縮空気を送り
出し、これにより貯水槽１内のお湯を出す動作を行わせ
るためのものである。

本発明の水位センサは、ポット内の貯水槽１内に入って
いるお肩等の液体の水位を検出し、この検出した水位に
応じた所定の水量の液体を出すものであるが、第１２図
に示すようなフ０−に従って動作する。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、導電膜をシート
状耐水フィルムで封止して管体の外周面に巻き付けてい
るので、導電膜は高い精度で比較的簡単に絶縁性管体の
外周面に巻き付けることができ、経済的で高精度な水位
センサを提供することができる。また、導ＮＷＡを巻き
付けた絶縁性管体を鉛直方向に対して傾斜して延出して
いるので、感度が高く、直線性が長い水位センサを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる水位センサを適用し
たポットの内部構造を示す断面図、第２図は第１図の水
位センサに使用されるパイプ、耐水フィルムおよび１ｊ
電膜の構造を示す図、第３図は第２図の耐水フィルムお
よび導電膜の構造を示す図、第４図は別の耐水フィルム
５および導電膜の構造を示す図、第５図は第１図の水位
センサに使用される信号処理回路の一例を示す回路図、
第６図は第５図の信号処理回路における水位と発撮周波
数との関係を示すグラフ、第７図は信号処理回路の他の
例を示す回路図、第８図は第７図の信号処理回路におけ
る水位と電圧出力との関係を示すグラフ、第９図は本発
明の他の実施例の断面図、第１０図は第９図の実施例の
説明図、第１１図は第９図の実施例における水位と電圧
出力との関係を示すグラフ、第１２図は本発明の水位セ
ンサを使用したポットの作用を示す）０−チト一トであ
る。 １・・・貯水槽、 ７・・・パイプ、 ９・・・耐水フィルム、 １１・・・導電膜、 １３・・・シールド用導電膜、 ７０・・・パイプ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）貯水槽内の液体の水位を検出する水位センサであ
   つて、前記貯水槽の底部を介して該貯水槽と連通し、貯
   水槽の底部から最上部とほぼ同じ高さまで延出する絶縁
   性管体と、該絶縁性管体内に貯水槽から進入する液体の
   水位に応じて電気的特性を変化するように前記絶縁性管
   体の外周面に設けられる導電膜と、該導電膜を封止し、
   この封止した導電膜を前記絶縁性管体の外周面に巻き付
   けるためのシート状耐水フィルムとを有することを特徴
   とする水位センサ。
2. （２）貯水槽内の液体の水位を検出する水位センサであ
   って、前記貯水槽の底部を介して該貯水槽と連通し、貯
   水槽の底部から最上部とほぼ同じ高さまで鉛直方向に対
   して傾斜して延出する絶縁性管体と、該絶縁性管体内に
   貯水槽から進入する液体の水位に応じて電気的特性を変
   化するように前記絶縁性管体に外周面に設けられる導電
   膜とを有することを特徴とする水位センサ。