JPH0249119A - 誘電吸収型水位センサー - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種のタンク類に貯溜されている液体の液面
高さを検知するに当たり、その液面高さを電気量に変換
して直線的、連続的に検出するようにした誘電吸収型水
位センサーに関する。

〔従来の技術〕

従来、液面高さ（以下「水位」という）を検出するため
の水位センサーは種々案出されているが、電気的に検出
するものとしては静電容量型水位センサーが知られてい
る。該センサーは金属製の液槽内に一本の電極を差込み
、該電極と液槽自体とを両極として、上記電極側に高周
波電流を流した場合に生ずる静電容量の相違を利用して
、その静電容量の差を電気的に検出し、水位の変化を検
知するようにしている。

又、電極式水位センサーも一般的に知られているが、こ
のセンサーは液面に電極を差込んで液中を流れる微弱電
流を測定して、その電流値により水位を検出するように
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

前項のセンサーのうち、前者の構成では水位と電圧との
間に比例関係が保たれて水位の連続変化が検出できるも
のの、液槽自体を電極の一部としているのでその静電容
量が極めて大きくなり、そのため水位が僅かしか変化し
ない場合には静電容量の増減が極めて微小となり、精度
の高い検出が困難であるという欠点があった。

また後者は液体に直接電流を流すため、感電等の事故の
危険性がある他、液槽を接地した場合の精度低下が避け
られないという問題点があった。

この他、液槽中に浮かせたフロートの位置によって水位
を検出するフロート式水位センサーや、回転式可変抵抗
器の軸にフロートを取付けて該フロートの上下変化を可
変抵抗器の回転角に変換し、その抵抗値を検出するフロ
ート駆動可変抵抗式水位センサーも知られているが、こ
れらは何れも液面の泡や浮遊物等によって誤差が生じ易
いという欠点があった。

更に、超音波式、放射線式、圧力式及び光電式等々、種
々の方式の水位センサーが案出されているが、これらは
コスト的に高価となる上、使用条件によって検出精度が
大幅に低下する等、猶解決すべき多くの技術的課題が見
られたものである。

本発明は、節易な構成で、高周波を用いて水位の連続変
化を正確に検出し得る誘電吸収型の水位センサーを提供
することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明の誘電吸収型水位セン
サーは高周波を出力する送信用電極をシールドケースで
囲繞すると共に、これら両部材の表面を絶縁体で被覆す
る構成とし、上記送信用電極の液中部分における誘電吸
収に伴う電圧変化を電気信号に変換して検出するように
したものである。

又、シールドケース内の空気を外気と連通させる孔を設
けるという手段も用いた。

さらに、誘電変化に伴う電圧変化を比較器に人力し、予
め設定された複数の電圧値と比較してオン・オフ信号を
出力する手段を用いた。

さらに又、電気信号の検出手段に温度補償回路を付加す
るという手段を用いた。

〔作　　　用〕

叙上の技術的手段にか＼る本発明は、送信用電極に高周
波電流を通電すれば、該電極の液中部分において誘電吸
収が起こり、これに伴って電圧が降下する。該電圧降下
は上記電極の液中部分の長さ、或いは空気中の露出分の
長さと相関関係を有するため、この電圧値により水位の
変化を検知し得る。

更に絶縁体の被覆によって液槽内の液体への通電が阻止
されるという作用を奏する。

又、シールドケース内の空気を外気と連通ずる構成とし
たものは、ケース内に空気が封入されないため、液面の
昇降が円滑となる。

さらに又、比較器には予め設定した電圧値を入力してお
き、これと誘電吸収後の電圧を入力して比較し、この比
較値にによってオン・オフの信号を出力し、各種制御を
行うものである。

この他、温度補償回路は大きい温度変化による半導体の
劣化を補償し、安定した出力を提供する作用を奏する。

〔実　施　例〕

以下、本発明の構成を図面に示す実施例に従って更に具
体的に述べると、第１・２図において、１は液体を貯溜
する液槽、２は高周波を出力するための送信用電極、３
は該電極を囲繞し、外部からのノイズを遮断すると同時
に、発振電波の外部への漏出を阻止するためのシールド
ケースであって、送信用電極２と共に、液体接触面全体
を合成樹脂等の同心筒状の絶縁体４で一体的に被覆して
液槽１内の液体と直接接触するのを防止したものである
。又、絶縁体４ば送信用電極用とシールドケース用とを
別々に設けても良い。

上記送信用電極２は下達する電気回路に接続され、シー
ルドケース３はＧＮＤに接地されている。

更に５は上記絶縁体４の上部に貫設された空気孔で、送
信用電極２とシールドケース３間に空気が封入されるこ
とを防止し、水位の変化に円滑に対応するために設けら
れる。空気孔５は、本実施例では１箇所のみに設けたが
、さらに小孔にして複数個としてもよいし、位置的には
シールドケース外周側面の上部にシールド効果に大きい
影響を与えない程度の小孔を複数個設けても、ケース内
部に空気が封入されることを避けることができる。

次に、第３図は本発明の基本原理を示したものであって
、１１　＋　ｌｘの長さを有する送信用電極２において
ムだけ液中に位置させた場合を示す。いま、高周波発振
器６によって抵抗７を介して送信用電極２から高周波を
出力した場合、電圧Ｅ２は、下記の式で与えられる。

ここで上記（１）式におけるＣの値は次式で求められる
。

ｃ＝ｋ（ε０ム＋ε１ム）　　・・・・・・・・・・・
・・・・（３）となり、（１１・（３）式より、 となる。従って、Ｒ２Ｏ、と・、ε１、Ｅが一定の値な
らばＥ２はム又はｌｔに相関して連続的、直線的に変化
をする。

第４図は本発明の誘電吸収型水位センサーの電気回路の
一例を示したもので、高周波発振器６は発振周波数を１
〜１５ＭＨｚの範囲に設定し、水位の変化量を大きく、
即ち送信用電極２を長くする場合には低く、反対に変化
量を小さくする場合には高くする。発振器はＬＣ発振、
ＲＣ発振、セラミックス振動子または水晶振動子等の発
振回路を用いる。又これらの発振器の能動素子はトラン
ジスター、ＴＴＬＳＣＭＯ５等を使用しても良い。

この構成において高周波発振器６から出力した発振波は
、抵抗７を通って送信用電極２へ入り、該電極２の液体
に浸っている部分ムより誘電体である液体へ放射・吸収
される。この誘電吸収によって（ｇ）点に電圧Ｅ２が生
じ、コンデンサー８を通ってダイオード９・１０及びコ
ンデンサー１１と抵抗１２よりなるチャージポンプ回路
に充電される。この電圧Ｅ２は（４）式に示したように
ム又はムの変化により増減するが、抵抗１３を介して増
幅器１４の一方の入力端子に人力される。また他方の入
力端子には負帰還抵抗１５と直列抵抗１６で増幅器１４
の出力が分圧されて入力され、上記入力と比較されて増
幅器１４の出力を変化させる。この場合、増幅器１４の
出力は先の水位の変化に相関している為、この出力の変
位をもって水位の変化を検出することができる。増幅器
１４の出力は図示していないが、更にメーターに接続す
ることによって、アナログ或いはデジタルの水位計とす
ることが出来、ＣＰＵに接続することによって任意の水
位制御を行うこともできる。

次に、第４図の回路中、増幅器１４に変えて比較器を用
いた実施例を第５図に示す。ここで１７は比較器で、抵
抗１８・１９で予め設定された比較電圧と誘電電圧とを
比較し、出力端子からオン・オフ（ハイ・ロー）の出力
を行うもので、後段に水量制御機構やドレンの調節機構
を設けておけば、適切な水位制御を行うことができる。

また、比較電圧を単数でなく複数用意すれば、よりきめ
細かい制御が可能である。

さらに、第６図は第４図の回路に温度補償回路を付加し
たもので、抵抗１２とアース間にダイオード９・１０と
順方向に同規格の２つのダイオード２０・２１を設けた
ものである。これによって、温度」二昇によってダイオ
ード９・１０が劣化した場合でもダイオード２０・２１
が打ち消し合うので、雰囲気温度の変化にかかわらず、
安定した出力を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本′発明の誘導吸収型水位センサーは
、液槽内に差し込んだ送信用電極に高周波電流を通電し
、該電極の液中部分の長さの変化に伴う誘電吸収量の増
減によって水位を検出する構成としたものであるから、
水位の連続変化が検出できることは勿論、送信用電極径
及びシールドケース径が固定されているので、どのよう
な大きさ、材質の液槽内でも直線的な変化量を出力する
ことができ、従来の静電容量型センサーとは異なり、水
位の僅かな変化にも確実に感応し得るものである。

また上記送信用電極は液槽内において、シールドケース
に囲繞されているため、外部の電波等による誤動作がな
い一方、発振電波の外部への漏出が阻止され、且つ液槽
内の波打ち現象等による水位誤差の発生も防止すること
が出来て検出精度を一層高めるものである。

更に、本発明のセンサーは、電極が液体より完全に絶縁
されているため、液中への通電がなく悪童もしくは液槽
の接地による精度劣下の恐れが全くないものである。

この他、本発明の誘電吸収型水位センサーは、その構造
上、送信用電極とシールドケースのみからなっているの
で、従来の静電容量型水位センサーのように送受信の画
電極に加えて更にシールドケースを必要とすることなく
、送信電極とシールドケースを同心円上に配置できるた
め、構成が簡易で、容易に小型化ができる他、コスト的
にも安価に生産できる。又、比較器によってオン・オフ
信号を出力する構成のものは、たとえば容器内の液体の
流量調整用のスイッチング素子として用いることができ
、比較電圧を複数設定すれば液面の変化に応じて様々な
制御が可能となる。

さらに、温度補償回路を付加したものは、温度変化に敏
感なダイオードの劣化による出力誤差を防止することが
できるので、外部や液体に著しい温度変化を生じ易い条
件下でも安定した出力を得ることができる等、種々のす
くれた実用的利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘電吸収型水位センサーの縦断面図、
第２図は同横断面図、第３図は本発明の水位センサーの
基本原理を表す模式図、第４図は本発明の水位センサー
における検出回路の−例を示す回路図、第５図は比較器
を介して信号を出力する場合の回路図、第６図は温度補
償回路を採用した場合の回路図である。 尚、図中１・・・液槽、２・・・送信用電極、３・・・
シールドケース、４・・・絶縁体、５・・・空気孔、１
７・・・比較器、２０・２１・・・ダイオード。 以　　　上 特許出願人　　マッヤ産業株式会社 代理人　弁理士　小　原　和　夫　外１名第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高周波を出力する送信用電極２と、これを囲繞する
   シールドケース３、及びこれら両部材の表面を被覆する
   絶縁体４とからなり、上記送信用電極の液中部分におけ
   る誘電吸収に伴う電圧変化を電気信号に変換して検出す
   ることを特徴とする誘電吸収型水位センサー。 ２、シールドケース３内の空気が外気と連通する孔５を
   設けた請求項１記載の誘電吸収型水位センサ３、誘電変
   化に伴う電圧変化を比較器１７に入力し、予め設定され
   た複数の電圧値と比較してオン・オフ信号を出力する請
   求項１または２記載の誘電吸収型水位センサー。 ４、電気信号の検出手段に温度補償回路を付加した請求
   項１、２または３記載の誘電吸収型水位センサー。