JPH0421129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は電磁誘導を利用して液面位を検出す
る液面検出装置に関する。

（従来の技術） 従来の液面検出装置としては、例えば第１３図
に示すようなものがある。これは、いわゆるバー
チカルタイプのもので、図に示すように、抵抗基
板１の表面に印刷成形された抵抗パターン２とア
ースパターン３に、液面位に応じて上下動するフ
ロート４に取付けられた接片５が摺接する構成の
可変抵抗型液面センサ６を備え、液面位の変化を
フロート４を介して液面センサ６の抵抗値の変化
としてとらえ、その液面センサ６からなる可変抵
抗器と固定抵抗器７とで電源８の出力電圧を分圧
することにより、液面センサ６の抵抗値を電圧値
に変換し、その値を電圧検出回路９により検出す
ると共に、表示回路１０により適宜モードで表示
する構成のものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の液面検出装置
にあつては、フロート４の位置の変動に連動して
接片５が抵抗パターン２及びアースパターン３上
を摺動するようになつているため、印刷パターン
２，３又は接片５の摺動摩耗によつて液面センサ
６の抵抗値が経時的に変化したり、その印刷パタ
ーンが断線したりする問題点があり、さらに、抵
抗パターン２のパターン形状上液面センサ６の出
力特性すなわち、液面位に対する抵抗値変化が階
段状になるため、液面位の検出精度を高くするこ
とができないという問題点があつた。

この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、液面位を電磁誘導を利用して
非接触で検出しうる構成とすることにより、上記
問題点を解決することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） そこで、この発明にかかる液面検出装置は、液
面位の変化方向に沿つて上方から中間点に向つて
巻回密度が密から疎になるように形成された上部
コイルと前記中間点から下方に向つて巻回密度が
疎から密になりかつ前記上部コイルとは逆方向の
磁束を発生するように形成された下部コイルとの
直列体又は並列体からなる第１のコイルと、該第
１のコイルに磁気結合されかつ液面位の変化方向
に沿つて略均一な巻回密度に形成された第２のコ
イルと、前記第１又は第２のコイルのコイル軸に
対して同軸的に配設されかつ液面位に応じて上下
動するシヨートリングとからなる誘導型液面セン
サを備え、前記第１又は第２のコイルのいずれか
一方に交流信号源を接続することにより該第１又
は第２のコイルのいずれか他方から誘導起電力を
得、該誘導起電力を前記交流信号源の半サイクル
毎に検波することにより得られる波形の実効値を
検出出力としてなる構成としたものである。

（作用） このように構成することにより、第１又は第２
のコイルのいずれか一方のコイルを交流信号源に
接続すると、そのいずれか他方のコイルには、そ
の第１及び第２のコイルに対するシヨートリング
の位置関係に応じた波形の誘導起電力が発生する
ことになり、この誘導起電力を交流信号源の半サ
イクル毎に検波して得られる波形の実効値を測定
することにより、液面位を検出するものである。

（実施例） 以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図及至第５図は、この発明の第１実施例を
示すもので、第１図はその回路図、第２図はその
誘導型液面センサの概略構造を示す断面図、第３
図はその動作原理を説明するための要部回路図、
第４図は第１図回路中の各点の波形図、第５図は
その誘導型液面センサの出力特性図である。

まず、第１図及び第２図に基づいて構成を説明
すると、図において、１１は交流信号源で、誘導
型液面センサ１２の第１のコイル１２２及び検波
制御信号発生回路１３に、第４図ａに示す交流信
号を出力する。なお、この交流信号ａの周波数
は、後述する増幅回路１４１等を構成するオペア
ンプの如き回路素子が所期の特性を発揮できる程
度であり、しかも浮遊容量による共振現象が生じ
ない程度の低い値であれば任意に設定でき、この
実施例では1KHzに設定してある。１３は検波制
御信号発生回路で、前記交流信号ａを入力し、そ
れと同期したパルス状の検波制御信号（第４図
ｃ）を出力する。１４は検波回路で、前記誘導型
液面センサ（これについては、後で詳しく説明す
る。）１２からの出力信号（第４図ｂを適宜増幅
する増幅回路１４１とそのセンサ出力ｂを前記検
波制御信号発生回路１３からの検波制御信号ｃに
基づいて検波するアナログスイツチ１４２とから
なる。また、１５は平滑回路、１６は電圧検出回
路、１７は表示回路で、前記検波回路１４からの
出力信号（第４図ｄは平滑回路１５によつて平滑
され、その値は電圧検出回路１６で検出されたの
ち表示回路１７によつて表示される。

次にここで、誘導型液面センサ１２について説
明すると、この誘導型液面センサ１２は、概略的
には、コア１２１に巻回された第１のコイル１２
２と、この第１のコイル１２２を収納するプラス
チツクケース１２３の外周に巻回された第２のコ
イル１２４と、液面位に応じて上下動するフロー
ト１２５に設けられたコイルからなるシヨートリ
ング１２６とからなるが、さらに詳細に説明する
と、前記第１のコイル１２２は、液面位の変化方
向に沿つて上方から中央（液面位検出範囲の1/2
の中間点）に向つて巻回密度が密から疎になるよ
うに形成された上部コイル１２２１と、前記中央
から下方に向つて巻回密度が疎から密になるよう
に前記上部コイル１２２１とは逆方向に巻回形成
された下部コイル１２２２との直列体から構成さ
れており、この第１のコイル１２２は交流信号源
１１に接続されている。また、第２のコイル１２
４はこの第１のコイル１２２を収納するプラスチ
ツクケース１２５の外周に巻回形成されることに
より、この第１のコイル１２２に磁気結合されて
おりかつ液面位の変化方向に沿つて略均一な巻回
密度に形成されている。さらに、シヨートリング
１２６は前記フロート１２５を介して前記第１及
び第２のコイル１２２，１２４のコイル軸に対し
て同軸的に配設されることによりその第１及び第
２のコイル１２２，１２４に磁気結合され、その
状態で液面位に応じて上下動するものである。

このように構成した液面検出装置の作用につい
て説明する。

ここで、理解を容易にするために、第３図に示
すように励磁側コイルとなる第１のコイル１２２
が、その上部コイル１２２１に対応する互に巻数
の異なる小コイルL₁，L₂，L₃の直列体と、下部
コイル１２２２に対応する互に巻数の異なる小コ
イルL₁′，L₂′，L₃′の直列体とを直列接続した構
成のものと考え、各小コイルL₁，L₂，L₃，L₁′，
L₂′，L₃′により生じる磁束を夫々φ₁，φ₂，φ₃，−
φ₁，−φ₂，−φ₃とする。

そこで、いま、例えば第３図に示すようにシヨ
ートリング１２６が第１のコイル１２２の上部コ
イル１２２１を構成する小コイルL₂と対向する
位置にある場合、検出側コイルとなる第２のコイ
ル１２４を構成する複数の小コイル（同一巻数）
には、夫々以下に示す誘導起電力が生じる。

e₃＝−ｎ∂φ₃／∂t、e₂＝０、e₁＝−ｎ∂φ₁／∂t e₃′＝ｎ∂φ₃／∂t、e₂′＝ｎ∂φ₂／∂t、e₁′＝ｎ
∂φ₁／∂t ここで、ｎは第２のコイル１２４を構成する各
小コイルの巻数である。

したがつて、第２のコイル１２４からの出力は
その各誘導起電力の合成であるので、 ｅ＝e₁＋e₂＋e₃＋e₁′＋e₂′＋e₃′＝ｎ∂φ₂／∂t となる。これは、シヨートリング１２６が第１の
コイル１２２の上部コイル１２２１を構成する小
コイルL₂に対向している場合は、その小コイル
L₂による磁気エネルギがシヨートリング１２６
により消費され、その結果この小コイルL₂によ
る磁束が発生しないため、その小コイルL₂を逆
向きの小コイルL₂′による誘導起電力e₂′のみが相
殺されずに第２のコイル１２４から出力されるこ
とを示すが、この場合の誘導起電力e₂′は、第４
図ｂの実線で示すように、交流信号（第４図ａ）
と同一位相でかつ中央からみた液面位に応じた波
高値の誘導起電力となる。

なお、第４図ｂに示す一点鎖線や破線の波形は
シヨートリング１２６が第１のコイル１２２の上
部コイル１２２１側に位置する場合でも、そのシ
ヨートリング１２６が上部コイル１２２１のいか
なる部分の磁束をシヨートしているかによつて、
第２のコイル１２４から出力される誘導起電力の
波高値に差が生じることを表わしたものである。

さらに、第４図ｂに示す二点鎖線の波形は、シ
ヨートリング１２６が第１のコイル１２２の下部
コイル１２２２側に位置する場合における第２の
コイル１２４から出力される誘導起電力を表わし
たもので、シヨートリング１２６が第１のコイル
１２２の上部コイル１２２１側に位置する場合に
対して位相が反転したものとなる。

これから明らかなように、シヨートリング１２
６の位置、すなわち液面位により、第２のコイル
１２４から出力される電圧波形の交流信号ａに対
する位相関係とその電圧波形の波高値が変化する
ことがわかる。

しかして、この第２のコイル１２４から出力さ
れる誘導起電力は第４図ｃに示すようなタイミン
グで検波制御信号発生回路１３から出力される検
波信号ｃに基づいて検波回路１４で検波されるこ
とになり、検波回路１４からは、第４図ｄに示す
波形の電圧信号ｄが出力される。この出力信号ｄ
は平滑回路１５に供給されて平滑される（第４図
ｄ中の＋Ｖ、＋V′又は−Ｖ参照）。この平滑によ
つて得られる直流電圧は、励磁側コイルの第１の
コイル１２２が液面位の変化方向に沿つて密から
疎にさらに疎から密になるように巻回されている
ことにより、液面位の変化に応じて第５図に示す
ように変化することになるが、その時々のかかる
直流電圧の値は、電圧検出回路１６によつて読み
取られたのち、表示回路１７によつてその時々の
液面位として表示されることになる。

次に、第６図に第２実施例を示す。この実施例
は、励磁側コイルとなる第１のコイル１２２を上
部コイル１２２１と下部コイル１２２２との並列
体で構成したもので、図中前述の第１実施例と同
一構成部分には同一符号を付してその説明を省略
する。

また、第７図に示す第３実施例は、励磁側コイ
ルを均一な巻回密度の第２のコイル１２４で構成
すると共に、検出側コイルを上部コイル１２２１
と下部コイル１２２２の直列体からなる第１のコ
イル１２２で構成したものであり、図中前述の第
１実施例と同一構成部分には同一符号を付してそ
の説明を省略する。

また、第８図に示す第４実施例は、この発明の
シヨートリングとしてアルミ等の金属からなるリ
ング状円板１２６′を用いたもので、このシヨー
トリング１２６′は磁気エネルギーを渦損で消費
させる働きをする。

なお、シヨートリングとしてはフロート形成用
合成軸脂内に磁性粉末を混入せしめて成形したも
のも考えられる。

さらに、第９図に示す第５実施例は、液面セン
サ１２の下部を折り曲げ、第１０図に示すように
その出力特性の低液面位側、すなわち出力電圧の
変化が少なくなる部分が液面位検出範囲から外れ
るようにすることにより、液体が少量時の検出精
度を上げることができるようにしたものである。

さらにまた、第１１図に示す第６実施例は矩形
状コア１２１′の対向する一方の辺に励磁側コイ
ルである第１のコイル１２２を、他方の辺に検出
側コイルである第２のコイル１２４を巻回し、閉
磁路を形成したものである。

このように構成することにより、液面位検出範
囲の両端における透磁率μによる急激な磁界の変
化をなくすことができるため、第１２図に示すよ
うに、その出力特性の液面位検出範囲両端の曲線
が実線のようになり、破線で示すように出力電圧
がＵターンする現象を除去でき、液面位検出範囲
を第１実施例に比べて広くできる。

また、この実施例によれば、同一の透磁率上で
の磁束を捕えることができるため、出力特性の解
析が簡単になる。

なお、上記の各実施例では、第１のコイル１２
２と第２のコイル１２４との磁気結合をコア（鉄
心）型としたが、この発明はこれにのみ限定され
るものではなく、エアコアード（空心）型の磁気
結合を用いてもよいことは言うまでもない。ま
た、上記の各実施例では、第１のコイル１２２が
中央対称型となるように上部コイル１２２１及び
下部コイル１２２２の夫々を巻回したが、任意の
出力特性が得られるように中央非対称にしてもよ
く、さらに上記各実施例では、第１のコイル１２
２を構成する２つのコイル１２２１，１２２２の
巻回密度を液面位変化方向に沿つて均一になるよ
うにしたが、液体収納タンクの形状に合わすた
め、又は直線若しくは任意の曲線の出力特性を得
るために、不均一にするようにしてもよい。さら
にまた、上記各実施例では、液面位情報を表示回
路１７で表示するようにしたが、他の情報と共に
ある物理量を算出する基礎データとして利用して
もよいことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明によれば、
液面位を非接触で検出できるため、耐久性に優れ
た液面検出装置が提供できる。また、この発明に
よれば、そのセンサ出力が液面位に対して連続的
に変化するため、液体の満量時又は少量時の分解
能が上がり、液面位の検出精度を高くできるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる液面検出装置の第１
実施例を示す回路図、第２図は同じくその誘導型
液面センサの縦断面図、第３図は同じくその動作
原理を説明するための要部回路図、第４図は第１
図回路中の各点の波形図、第５図は同じくその誘
導型液面センサの出力特性図、第６図は第２実施
例を示す要部回路図、第７図は第３実施例を示す
要部回路図、第８図は第４実施例における誘導型
液面センサを示す縦断面図、第９図及び第１０図
は第５実施例を示す要部回路図及び出力特性図、
第１１図及び第１２図は第６実施例を示す要部回
路図及び出力特性図、第１３図は従来の液面検出
装置を示す概略構成図である。 １１……交流信号源、１２……誘導型液面セン
サ、１２２……第１のコイル、１２４……第２の
コイル、１２６，１２６′……シヨートリング、
１２２１……上部コイル、１２２２……下部コイ
ル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液面位の変化方向に沿つて上方から中間点に
   向つて巻回密度が密から疎になるように形成され
   た上部コイル１２２１と前記中間点から下方に向
   つて巻回密度が疎から密になりかつ前記上部コイ
   ル１２２１とは逆方向の磁束を発生するように形
   成された下部コイル１２２２との直列体又は並列
   体からなる第１のコイル１２２と、該第１のコイ
   ル１２２に磁気結合されかつ液面位の変化方向に
   沿つて略均一な巻回密度に形成された第２のコイ
   ル１２４と、前記第１又は第２のコイル１２２，
   １２４のコイル軸に対して同軸的に配設されかつ
   液面位に応じて上下動するシヨートリング１２
   ６，１２６′とからなる誘導型液面センサ１２を
   備え、前記第１又は第２のコイル１２２，１２４
   のいずれか一方に交流信号源１１を接続すること
   により該第１又は第２のコイル１２２，１２４の
   いずれか他方から誘導起電力を得、該誘導起電力
   を前記交流信号源１１の半サイクル毎に検波する
   ことにより得られる波形の実効値を検出出力とし
   てなることを特徴とする液面検出装置。